САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ
ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ИМ. ПРОФ. МА. БОНЧ-БРУЕВИЧА
191186, г. Санкт-Петербург, наб. р. Мойки, д.61
На правах рукописи
04201103206
4'*^
ИВАНОВ МИХАИЛ ВИКТОРОВИЧ
УПРАВЛЕНИЕ РЕСУРСАМИ РАДИОПОДСИСТЕМЫ В СЕТЯХ
WCDMA С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ТЕХНОЛОГИЙ
ВЫСОКОСКОРОСТНОЙ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Специальность 05.12.13
«Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Диссертация на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Научный руководитель
заслуженный деятель науки РФ,
доктор технических наук, профессор
Бабков Валерий Юрьевич
Санкт-Петербург
2011
СОДЕРЖАНИЕ
f
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
4
ВВЕДЕНИЕ
7
Глава 1. РАДИОПОДСИСТЕМА
ПРОТОКОЛОВ HSPA
СЕТИ
WCDMA
С
ПОДДЕРЖКОЙ
13
1.1 Характеристика подсистемы радиодоступа сети WCDMA
13
1.2 Принципы организации технологии доступа HSDPA
22
1.3 Принципы организации технологии доступа HSUPA, характеристики
мобильных терминалов
31
1.4 Определение исследуемой области сети WCDMA, постановка задач
исследования
36
Глава
2.
РЕСУРСЫ РАДИОПОДСИСТЕМЫ СЕТИ WCDMA/HSPA
40
2.1 Постановка задачи
40
2.2 Концепция системы управления ресурсами радиоподсистемы
41
2.3 Кодовый ресурс радиоподсистемы
47
2.4 Мощностной ресурс радиоподсистемы в прямом канале
55
2.5 Уровень интерференции в обратном канале
66
2.6 Ресурс пропускной способности канала интерфейса Iub
77
2.7 Ресурс производительности процессоров NodeB
89
2.8 Выводы
93
Глава
3.
ИМИТАЦИОННАЯ
МОДЕЛЬ
ВЛИЯНИЯ
РЕСУРСОВ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ НА КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ 94
3.1 Постановка задачи
94
3.2 Предложения по формированию модели абонентской нагрузки и
основные характеристики имитационной модели
95
3.3 Имитационная модель влияния ограничений ресурсов на качество
обслуживания абонентов
100
3.3.1 Кодовый ресурс
102
3.3.2 Ресурс мощности в прямом канале
112
3.3.3 Уровень интерференции в обратном канале
127
S
2
3.3.4 Ресурс пропускной
интерфейса Iub
способности
канала
передачи
3.3.5 Ресурс производительности базовой станции
данных
151
164
3.4 Результаты имитационного моделирования влияния совокупности
ресурсов на качество обслуживания абонентов
171
3.5 Выводы
182
Глава 4. УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ СЕТИ WCDMA
ЗАГРУЗКИ
4.1 Постановка задачи
РЕСУРСОВ
183
183
4.2 Формирование статистических показателей качества обслуживания
абонентов и загрузки ресурсов радиоподсистемы
184
4.3 Предложение по реализации системы обработки статистических
аварийных событий
190
4.4 Реализация программного комплекса автоматической настройки
параметров радиоподсистемы. Алгоритмы
192
4.4.1 Уровень интерференции в обратном канале
197
4.4.2 Ресурс пропускной способности интерфейса Iub
202
4.5 Результат внедрения алгоритма автоматического управления
нагрузкой
в
обратном
канале.
Дополнительные
возможности
разработанного программного комплекса
207
4.6 Выводы
215
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
218
СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ
225
Приложение 1. ОСНОНВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА РАБОТЫ СЕТИ И
АВАРИЙНЫЕ СОБЫТИЯ РАДИОПОДСИСТЕМЫ
229
Приложение 2. АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В СЕТИ СЗФ
ОАО«МегаФон»
233
Приложение 3. АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ В УЧЕБНОМЕТОДИЧЕСКОМ ЦЕНТРЕ ПРИ СПбГУТ
234
з
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ
rd
2G
-
2 Generation (Второе поколение систем сотовой связи);
3G
-
З Generation (Третье поколение систем сотовой связи);
3GPP
-
AMR
ATM
г
rd
3 Generation Partnership Project (Партнерский проект в области
технологий сотовой связи третьего поколения);
- Adaptive Multi Rate (Речевой кодек с переменной скоростью);
BER
- Asynchronous Transfer Mode (Технология
передачей данных);
- Bit Error Ratio (Вероятность ошибки на бит);
с
асинхронной
BLER
- Block Error Ratio (Вероятность ошибки на блок данных);
BS
- Base Station (Базовая станция);
BSS
- Base Station Subsystem (Подсистема базовых станций);
BSC
- Base Station Controller (Контроллер базовых станций);
С АС
- Call Admission Control (Алгоритм доступа абонентов к сети);
CN
- Core Network (Ядро сети сотовой связи)
CRC
-
CS
Cryptographic Redundancy Check (Проверочная комбинация
циклического кода);
- Channel Switch (Коммутация каналов);
DCR
- Drop Call Ratio (Коэффициент обрывов соединений);
DL
- Downlink (Канал «вниз» от БС к мобильному терминалу)
DS
- Direct Spread (Прямое расширение спектра)
ETSI
GGSN
- European Telecommunication Standards Institute (Европейский
институт стандартизации в области телекоммуникаций);
- Frequency Division Duplex (Режим частотного разделения
дуплексных каналов);
- GPRS EDGE Radio Access Network (Сеть радиодоступа с
пакетной передачей данных и поддержкой технологии EDGE);
- Gateway GPRS Support Node (Шлюз обеспечения услуг GPRS);
GPRS
-
General Packet Radio
GSM
-
HLR
-
Global System Of Mobile Telecommunications (Стандарт сотовой
связи второго поколения);
Home Location Register (База данных абонентов);
FDD
GERAN
Service
4
(Служба
пакетной
передачи
HSDPA
IP
- High
Speed
Downlink
Packet
Access
(Технология
высокоскоростной передачи данных в прямом канале);
- High Speed Uplink Packet Access (Технология высокоскоростной
передачи данных в обратном канале);
- Internet Protocol (Семейство протоколов Интернет);
MAC
- Medium Access Control (Уровень управления доступом);
ММ
- Mobility Management (Управление мобильностью);
MSC
PS
- Mobile Services Switching Centre (Центр коммутации подвижной
связи);
- Orthogonal Variable Spreading Factor codes (Ортогональные коды
с переменным коэффициентом расширения спектра);
- Packet Switch (Коммутация пакетов);
QoS
-
Quality of Service (Качество обслуживания);
QPSK
-
Quadrature
RAB
RAN
- Radio Access Bearer (Канал передачи данных с заданными
характеристиками);
- Radio Access Network (Сеть радиодоступа);
RLC
- Radio Link Control (Уровень управления радиоканалом);
RNC
- Radio Network Controller (Контроллер радиосети);
ROT
-
RRC
- Radio Resource Control (Уровень управления радиоресурсами);
RRM
- Radio Resource Management (Управление использованием
радиоресурсов);
- Receive Total Wideband Power (Общая принимаемая мощность
антеннами базовой станции);
- Serving GPRS Support Node (Узел обслуживания сети GPRS);
HSUPA
OVSF
RTWP
SGSN
SF
Phase
Shift
Keying
(Квадратурная
фазовая
Rise Of Thermal (Допуск на интерференцию в обратном канале);
• - Spreading Factor (Коэффициент расширения спектра);
SIR
-
Signal to Interference Ratio (Отношение сигнал/помеха);
SNR
-
Signal to Noise Ratio (Отношение сигнал/шум);
SSR
- Setup Success Ratio (Успешность установления соединений);
UE
- User Equipment (Оборудование пользователя);
UL
- Uplink
UMTS
- Universal Mobile Telecommunication System (Всемирная система
мобильной связи);
(Канал «вверх» от мобильной станции к базовой
5
UTRAN
VLR
WCDMA
- UMTS Terrestrial Radio Access Network (Наземная сеть
радио доступа системы UMTS);
- Visitor Location Register (База данных визитных абонентов);
- Wideband Code Division Multiple Access (Широкополосный
множественный доступ с кодовым разделением каналов);
6
ВВЕДЕНИЕ
Сети сотовой связи WCDMA (Wideband Code Division Multiple Access,
широкополосный множественный доступ с кодовым разделением каналов)
являются наиболее распространенной платформой для построения сетей
третьего поколения (3G, Third Generation). Среди основных причин их
масштабного
распространения можно
выделить
эволюционный процесс
перехода от сетей GSM (Global System for Mobile Communications, глобальная
система
цифровой
мобильной
связи)
и
перспективность
применения
технологий высокоскоростной передачи данных HSPA (High Speed Packet
Access, высокоскоростной пакетный доступ). В настоящее время более 80%
всех сетей WCDMA поддерживают технологию HSDPA (High Speed Downlink
Packet Access, высокоскоростной пакетный доступ
в прямом канале) с
максимальной скоростью передачи данных 3,6 Мбит/с. Операторы сетей
WCDMA активно вводят в эксплуатацию технологию HSUPA (High Speed
Uplink Packet Access, высокоскоростной пакетный доступ в обратном канале),
которая может обеспечить скорость передачи данных до 5,76 Мбит/с.
Дополнительные
возможности
предоставляют
новые
протоколы
высокоскоростной передачи данных HSPA+ (Evolved HSPA, улучшенные
протоколы
высокоскоростной
передачи
данных),
которые
позволяют
достигать скоростей 21/28 Мбит/с в прямом канале.
С увеличением скоростей передачи данных и применением новых
технологий доступа особенно актуальным становится вопрос управления
ресурсами
радиоподсистемы
сети
WCDMA
с
целью
обеспечения
необходимого качества обслуживания абонентов. Программные комплексы,
позволяющие проводить настройку физических параметров радиосети, таких
как мощность канала PCPICH (Primary Common Pilot Channel, основной общий
пилотный канал), углы наклона антенн базовых станций (БС), азимуты антенн
БС, предлагаются большим числом специализированных компаний, например:
7
Schema,
Amphora,
Optimi. Такие
программные
инструменты
способны
автоматически управлять соседскими отношениями между секторами 3G-3G,
3G-2G, параметрами внутрисетевых
и межсетевых
эстафетных
передач,
мощностями отдельных RAB (Radio Access Bearer, радиоканал передачи
пользовательской информации с заданными характеристиками).
Программные инструменты, позволяющие в автоматическом режиме
управлять ресурсами радиоподсистемы и настраивать их конфигурацию, на
сегодняшний день не представлены ни одной специализированной компанией.
Однако зачастую при увеличении скоростей передачи данных и объема
трафика
именно
от
корректности
настроек
использования
ресурсов
радиоподсистемы зависит качество предоставления услуг абонентам. В связи с
этим тема работы представляется актуальной.
Объектом исследования является радиоподсистема сети WCDMA с
поддержкой технологий высокоскоростной передачи данных HSPA.
Предметом
исследования
являются
вопросы
влияния
ресурсов
радиоподсистемы сети WCDMA на качество обслуживания абонентов.
Цель диссертационной работы заключается в повышении качества
обслуживания абонентов в сети WCDMA при использовании протоколов
высокоскоростной передачи данных.
Научной
управления
задачей
ресурсами
является
разработка
радиоподсистемы
алгоритмов
сети
WCDMA
адаптивного
с
поддержкой
технологий высокоскоростной передачи данных.
Методы
использованы
исследований.
При
методы
вероятности, математической
теории
выполнении
исследований
были
статистики,
теории распространения радиоволн и имитационного моделирования на
основе программных продуктов MathCad и PL/SQL Developer.
Достоверность
положений
и
апробированного
полученных
выводов,
результатов,
подтверждается
математического
8
в том числе
адекватным
аппарата,
основных
применением
сравнением
с
экспериментальными данными, обсуждением полученных результатов на
научно-технических конференциях, публикациями основных достижений в
журналах, проведением тестирований на тестовом стенде и применением
рекомендаций для коммерческой сети WCDMA
СЗФ ОАО «МегаФон
полученных».
Научная новизна работы. Основные результаты диссертации, обладающие
научной новизной.
1. Концепция управления ресурсами радиоподсистемы сети WCDMA с
поддержкой технологий высокоскоростной передачи данных.
2. Математические модели загрузки ресурсов радиоподсистемы сети*
WCDMA с поддержкой протоколов высокоскоростной передачи данных,
учитывающие текущее число активных абонентов и их распределение по
предоставляемым услугам.
3. Имитационная модель влияния абонентской нагрузки на качество
предоставления
услуг
в
сети
WCDMA
с
поддержкой
протоколов
высокоскоростной передачи данных.
4. Рекомендации по настройке параметров радиоподсистемы WCDMA,
учитывающие
коэффициенты блокировок и обрывов для голосовых и
пакетных соединений, а так же среднюю скорость передачи данных для
технологии HSDPA.
5. Предложение по построению и реализации программного комплекса
автоматической
адаптивной
регулировки
параметров
радиоподсистемы
WCDMA с поддержкой протоколов высокоскоростной передачи данных.
Практическая
разработанные
ценность
рекомендации
работы.
могут
Полученные
использоваться
результаты
как
на
и
этапе
планирования радиосети WCDMA для определения конфигурации ресурсов
радиоподсистемы, так и на этапе эксплуатации для поиска причин ухудшения
качества
обслуживания
абонентов
и устранения
конфигурации ресурсов радиоподсистемы.
9
несогласованности
в
Реализация
результатов
полученных результатов
программирования
исследований. Реализованная
с
учетом
имитационного моделирования на базе языка
PL/SQL
платформа
автоматического
управления
параметрами радиоподсистемы позволила повысить качество обслуживания
абонентов и снизить трудозатраты по поиску и устранению некорректных
настроек параметров радиоподсистемы в коммерческой сети СЗФ ОАО
«МегаФон».
Апробация
диссертации
результатов
опубликованы
работы
в
8
и
публикации.
Материалы
Основные
результаты
работах.
диссертационного исследования были доложены на 59, 61 и 62-й НТК
профессорско-преподавательского
состава,
научных
сотрудников
и
аспирантов СПбГУТ (СПб., 2007, 2009, 2010), на 60-й конференции студентов
и (СПб., 2006). Две работы опубликованы в изданиях, включенных в перечень
ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 4 глав,
заключения, библиографического списка, включающего 49 наименований, и
трех приложений. Работа содержит 235 с. текста, 103 рис. и 41 табл.
Основные научные положения, выносимые на защиту.
1. Концепция адаптивного управления ресурсами радиоподсистемы сети
WCDMA.
2. Математические модели расчета влияния абонентской нагрузки на
качество предоставления услуг для декомпозиции ресурсов радиоподсистемы.
3. Результаты
нагрузки
в
имитационного
обратном
канале
моделирования
сектора
сети
влияния абонентской
WCDMA
на
качество
предоставляемых услуг, согласование ресурсов.
4. Предложение
по
реализации
программного
комплекса
автоматическому управлению параметрами и ресурсами радиоподсистемы.
ю
по
Во введении обоснована актуальность рассматриваемой проблемы,
определена цель диссертационной работы и решаемые в ней задачи и описана
структура работы. Сформулированы научные положения, выносимые на
защиту.
В первой главе дано краткое описание радиоподсистемы сети WCDMA,
отражены ключевые моменты организации высокоскоростного пакетного
доступа в прямом канале - HSDPA. Даны описания структуры кадров,
применяемых для технологии доступа HSDPA. Кратко описаны изменения,
необходимые для организации канала E-DCH (Enhanced Dedicated Chanel,
улучшенный
выделенный
технологией
HSUPA.
мобильных
терминалов,
канал передачи
Приведены
данных), в соответствии с
сравнительные
поддерживающих
таблицы
категорий
высокоскоростную
передачу
данных. Определена область дальнейших исследований. В заключение главы
сформулированы научные задачи, решаемые в диссертационной работе.
Во
второй главе разработана и предложена
концепция системы
автоматического управления ресурсами радиоподсистемы сети WCDMA с
поддержкой технологий высокоскоростной передачи данных. Рассмотрена
процедура
доступа
радиоподсистемы,
абонентов
влияющие
к
на
сети,
декомпозированы
качество
обслуживания
абонентов.
Приведены описания физических процессов, характеризующих
радиоресурсов.
ресурсов
Систематизированы
радиоподсистемы
Разработаны
и
математические
параметры,
на качество
модели
влияющие
загрузку
на загрузку
обслуживания
расчета
ресурсы
загрузки
абонентов.
ресурсов
радиоподсистемы. Выделены ключевые аспекты и проблематика повышения
качества обслуживания абонентов.
В третьей главе сформулирована задача создания имитационной модели
влияния абонентской нагрузки на качество обслуживания для декомпозиции и
совокупности ресурсов радиоподсистемы. Для каждого ресурса приведены
результаты имитационного моделирования. Представлены примеры настройки
11
параметров загрузки ресурсов для повышения качества
абонентов.
Получены
результаты
имитационного
обслуживания
моделирования для
совокупности ресурсов и проведены дополнительные исследования по
согласованию
конфигурации
ресурсов
радиоподсистемы.
Описано
тестирование влияния технологии HSUPA на загрузку радиоресурсов, которое
проведено на специальном тестовом стенде. По результатам тестирования
получены важные для практики выводы.
В четвертой главе обоснована необходимость создания инструмента,
позволяющего контролировать загрузку ресурсов радиоподсистемы сети
WCDMA и качество обслуживания абонентов. Разработан программный
комплекс автоматической регулировки параметров, влияющих на загрузку
радиоресурсов. Получены результаты внедрения программного комплекса в
сети WCDMA СЗФ ОАО «МегаФон». Описаны алгоритмы, предложенные для
дальнейшего развития программного комплекса, которые позволят повысить
качество предоставления услуг в сети.
В заключении перечисляются основные результаты диссертационной
работы и формулируются выводы.
Приложение 1 содержит перечень основных статистических данных,
используемых для создания аварийных событий и примеры формирования
аварийных событий, используемых в разработанном программном комплексе.
Приложение 2 содержит акт реализации программного комплекса' по
автоматической настройке параметров радиосети в сети WCDMA СЗФ ОАО
«МегаФон».
Приложение
3
содержит
акт
использования
результатов
диссертационной работы при разработке пакетов учебных программ и
постановке лабораторно-практических курсов в учебно-методическом центре
при СПбГУТ.
12
Глава 1. РАДИОПОДСИСТЕМА СЕТИ WCDMA С ПОДДЕРЖКОЙ
ПРОТОКОЛОВ HSPA
1.1 ХАРАКТЕРИСТИКА ПОДСИСТЕМЫ РАДИО ДОСТУПА СЕТИ WCDMA
WCDMA - сеть сотовой связи с кодовым разделением каналов и прямым
расширением спектра (DS, Direct Sequence). По классификации UMTS
стандарт имеет название UTRA FDD. Информационные биты передаются в
широкой полосе частот путем умножения исходного потока данных на
последовательности квазислучайных битов (чипов). Чиповая скорость, равная
3,84 Мчип/с, приводит к занятию полосы 5 МГц, что позволяет достигать
высоких скоростей передачи данных. Оператор может использовать несколько
несущих с полосой 5МГц для увеличения пропускной способности системы.
Основные характеристики стандарта представлены в табл. 1.1 [3,4].
Таблица 1.1
Основные характеристики стандарта UTRA FDD
Характеристика
Диапазон частот, МГц
Полоса частот, МГц
Чиповая скорость, Мчип/с
Кодирование
Ортогональные коды
Значение
1920-1980,2110-2170
5
3,84
Сверточный код (R=l/2, R=l/3) + код Рида-Соломона,
турбокод
Ортогональные коды OVSF с переменным
коэффициентом расширения 4-256
Расширяющие
последовательности
Схема поиска сот
Минимальная длина кадра, мс
Манипуляция данных
Эстафетная передача
Управление мощностью
коды Голда
Трехэтапная (поиск первичного и вторичного
синхронизирующих кадров, идентификация
скремблирующего кода)
10
BPSK, QPSK
мягкая, жесткая (межчастотная, межсистемная)
Скорость 1,6 кбит/с, Шаг управления 0,25-1,5 дБ
Кодовая структура, сформированная с помощью ортогональных кодов с
переменным коэффициентом расширения, представляется в виде кодового
дерева. Уровень кодового дерева определяет кодовые слова длинной SF
(Spreading Factor, коэффициент расширения спектра). Полное кодовое дерево
13
содержит восемь уровней, что соответствует коэффициенту расширения 256.
На рис. 1.1
показана начальная структура (3 нижних уровня)
каналообразующих
кодов.
Каждый
последующий
уровень
дерева
удваивает
возможное число каналообразующих кодов. Таким образом, кодовое дерево
позволяет генерировать ортогональные коды с переменным коэффициентом
расширения спектра. Ансамбль
OVSF
кодов зависит от коэффициента
расширения спектра SF и, соответственно, от скорости передачи данных в
канале. Каналообразующие коды для широковещательного транспортного
канала ВСН не изменяются в процессе сеанса связи и одинаковы во всех сотах
сети. Каналообразующий
код
может
меняться
в
процессе
эстафетной передачи или в случае смены режима работы
процедуры
мобильного
терминала.
С 4 Д = ( 1,1,1,1);
С 2 ,1=(1Д)
С1Д=(1)
SF^l
S F
=
2
|
!
SF=4
!
!
С 4 ,з=(1,-1Д,-1)!
Рис. 1.1. Структура дерева каналообразующего кода
В
прямом канале сети WCDMA
применяется четырехпозиционная
манипуляция QPSK. Тогда, зная чиповую скорость в канале, можно получить
скорости передачи
данных для
различных
коэффициентов расширения
спектра (табл. 1.2).
Реальная скорость передачи данных на радиоканале будет меньше из-за
помехоустойчивого
кодирования,
которое
необходимо
для
защиты
информации. Например, при занятии кода SF=8, применении турбокода со
скоростью 1/3 и перфорации скорость передачи данных будет равна 384
кбит/с.
14
Таблица 1.2
Скорость передачи данных WCDMA DL
SF
Символьная скорость в радиоканале, ксим/с
Битовая скорость в радиоканале, кбит/с
256
15
30
128
30
60
64
60
120
32
120
240
16
240
480
8
480
960
4
960
1920
В табл. 1.3 таблице приведены скорости передачи данных по линии вверх
(табл. 1.3).
Таблица 1.3
Скорость передачи данных WCDMA UL
SF
256
128
64
32
16
8
4
Символьная скорость в радиоканале, ксим/с
7,5
15
30
60
120
240
480
Сеть WCDMA
является совместимой
Битовая скорость в радиоканале, кбит/с
15
30
60
120
240
480
960
с сетями
GSM/GERAN. Мобильный терминал может переходить
второго
поколения
из одной сети в
другую без прерывания соединения с помощью процедуры
эстафетной
передачи типа inter RAT (Radio Access Technology, технология радиодоступа).
Данный тип эстафетных передач относится к жесткому типу с изменением
частоты. На рис. 1.2 представлена классификация эстафетных передач в сети
WCDMA [5].
Все эстафетные передачи в сети WCDMA можно разделить на два типа:
жесткие
и мягкие. Во
время
процедуры
мягкой эстафетной
передачи
мобильный терминал работает одновременно с несколькими секторами. За
исключением того случая, когда эстафетная передача происходит между
15
сотами, принадлежащими разным RNC которые не имеют взаимодействия по
Iur интерфейсу, они являются мягкими, если не происходит изменения
частоты и технологии радиодоступа.
При
изменении частоты
или технологии
радиодоступа
эстафетная
передача всегда является жесткой. В том случае, когда эстафетная передача
происходит
между
сотами
одной
базовой
станции,
она
называется
сверхмягкой. В этом случае управление эстафетной передачей замыкается в
NodeB.
Эстафетные передачи в сети WCDMA
Жесткая эстафетная передача
Мягкая эстафетная передача
±
Межсистемная эстафетная
передача (inter RAT)
Мягчайшая эстафетная
передача (intra NodeB)
Мягкая эстафетная
передача (intra RNC,
inter RNC + Iur)
Межчастотная эстафетная
передача (intra RAT)
Жесткая эстафетная
передача inter RNC без Iur
Рис. 1.2. Разновидности эстафетных передач в сети WCDMA
Мягкая эстафетная передача
возможна в тех
случаях, когда зоны
обслуживания соседних секторов имеют перекрытия. С одной стороны мягкая
эстафетная передача является надежной и незаметной для абонента. Однако
при
слишком
больших
областях
перекрытия
возникает
вопрос
о
переиспользовании ресурсов радиоподсистемы.
В сети WCDMA используется более сложная, трехуровневая канальная
система:
1-й
уровень
-
физический,
который
кодирование и временную структуру кадров;
16
определяет
манипуляцию,
2-й уровень - транспортный, определяет характеристики передаваемых
сообщений и обработку информации на MAC уровне (Medium Access Control);
3-й уровень - логический, определяет тип передаваемых сообщений.
Взаимодействие каналов на различных уровнях представлено на рис. 1.3.
Логические каналы:
- ВССН (Broadcast Control Channel) - однонаправленный вещательный канал
от NodeB к UE, необходим для передачи системной информации;
- РССН (Paging Control Channel) - однонаправленный канал от NodeB к UE
для передачи пейджинговой информации в idle mode или передачи данных,
когда мобильный терминал работает в режимах CELL_PCH или URA_PCH;
- DCCH (Dedicated Control Channel) - двунаправленный выделенный канал
управления, необходим для процедур межчастотной эстафетной передачи,
передачи измерений мобильной станции и т.д.;
- СССН (Common
Control Channel) -
двунаправленный
общий
канал
управления, необходим для передачи сообщений уровня RRC, cell update,
URA update и т.д.;
- DTCH (Dedicated Traffic Channel) - выделенный канал передачи данных;
- CTCH (Common Traffic Channel) - однонаправленный канал передачи
данных от сети к мобильным терминалам.
Транспортные каналы:
- ВСН (Broadcast Channel) - однонаправленный транспортный канал передачи
вещательной информации от сети к мобильным терминалам;
- РСН (Paging Channel) - однонаправленный транспортный канал передачи
пейджинговых сообщений;
- RACH (Random Access Channel) - однонаправленный транспортный канал от
мобильного терминала к базовой станции для начального доступа к сети и
передачи данных;
17
- FACH (Forward Access Channel) - однонаправленный канал от базовой
станции к мобильному терминалу, используется для выделенной сигнализации
(ответ на сообщение мобильного терминала по RACH) и данных;
- DCH (Dedicated Channel) - двунаправленный выделенный канал передачи
абонентских данных;
- HS-DSCH (High Speed Downlink Shared Channel) - однонаправленный канал
передачи абонентских данных по технологии высокоскоростной передачи
данных HSDPA.
Логические каналы
Физические каналы
*j PRACH, S-CCPCH !
Рис. 1.3. Взаимодействие каналов трехуровневой структуры в WCDMA
Физические каналы:
- DL DPCH (Downlink
Dedicated Physical
Channel) -
канал
передачи
абонентских данных в прямом канале;
- Р-ССРСН (Primary Common Control Channel) - общий физический канал,
управления, передача широковещательной информации;
- S-CCPCH (Secondary Common Control Channel) - общий физический канал
управления, передача информации каналов РСН, FACH;
18
- SCH (Synchronizations Channel) - включает в себя первичный и вторичный
каналы синхронизации;
- PICH (Paging Indicator Channel) - канал передачи пейджинговых индикаторов
для организации цикла DRX;
- AICH (Acquisition Channel) - передача подтверждений о приеме сетью
начального сообщения от UE;
- HS-PDSCH (High-Speed Physical Downlink Shared Channel) - общий канал
передачи абонентских данных по технологии доступа HSDPA;
- HS-SCCH (High-Speed Shared Control Channel) - канал передачи сигнальной
информации для поддержки технологии доступа HSDPA.
В сети WCDMA процесс установления соединений состоит из двух
этапов (рис. 1.4). Для установления соединения'в сети WCDMA на первом
этапе необходимо установить соединение на уровне RRC (Radio Resource
Control, уровень управления радиоресурсами). Результатом установления RRC
соединения должно быть выделение для UE канала DCCH/FACH, по которому
мобильная станция может запросить соединение RAB (Radio Access Bearer)
для передачи пользовательских данных [5]. На рис. 1.4 не указаны сообщения,
передаваемые прозрачно для RNC (DT, Direct Transfer).
UE 1
RNC
RACH, запрос
CN
i
i
|
FACH, выделение
i
RRC соединение
i
!
Реконфигурация RL
4
запрос pecypcoRnraRAR
^конфигурация RL выдал.
Установить RAB
ivfvi) сисдинсни и
J
Рис. 1.4. Два этапа установления соединения в сети WCDMA
На рис. 1.5 представлен сигнальный обмен между мобильным
терминалом и узлами сети WCDMA при установлении RRC соединения.
19
1. Мобильный терминал отправляет запрос на установление соединения в
сообщении RRC Connection Request по каналу PRACH.
2. Основываясь на том, какой сервис запросила мобильная станция и, зная
о состоянии загрузки ресурсов NodeB, RNC принимает решение об
установке радиоканала и выделяет RNTI.
UE
NodeB
RNC
PRACH: RE С Connection
NBAP: Radio Link Setup
л
Start RX
NBAP: Radio Link Setup Response
ч
DCH-FP: Downlink
DCH-FP: Uplink
Start TX
АТГН- RRC Connection Set Tin
NBAP: Radio Link Restore indication
RRC Соппеaction SetuD Coirmlete
^
Рис. 1.5. Процедура установления RRC соединения
3. RNC отправляет NodeB сообщение Radio Link Setup Request с просьбой
зарезервировать ресурсы для установления сигнального канала RRC.
4. После успешного резервирования ресурсов NodeB отправляет на RNC
сообщение Radio Link Setup Response.
5. В зависимости от типа используемой трансмиссии между NodeB и RNC,
контроллер либо резервирует ресурсы на Iub с помощью сигнализации
ALCAP
в
случае
использования
технологии
ATM
и
затем
синхронизируется с NodeB, либо, в случае использования технологии IP
производит процедуру синхронизации без операции резервирования
ресурсов.
6. RNC отправляет сообщение RRC Connection Setup для UE по каналу
AICH.
20
7. UE отвечает на выделенном канале сигнализации FACH сообщением
RRC Connection Setup Complete.
После успешного установления RRC соединения начинается этап
установления RAB. Процесс установления соединения RRC происходит не
только при установлении соединений для передачи абонентских данных, но и
при всех процедурах мобильности.
UE
NodeB
SGSN
RNC
NBAP: RL recfg. prepare
RANAP: RAB assignment request
NBAP: RL recfg. ready
FP: DL synchronization
FP: UL synchronization
RRC: Radic Bearer Set U P
|fl3AP: RL recfg Commit
RRC: Radio Be arer Set Up Complete
RANAP: RAB assignment response ^
Рис. 1.6. Процедура установления RAB соединения
1. CN (Core Network) отправляет сообщение RAB assignment response,
давая команду начать установление RAB соединения.
2. В зависимости от типа трансмиссии, используемой на интерфейсах Iu и
Iub, RNC подготавливает ее для передачи данных.
3. RNC отправляет сообщение RB setup request на UE.
4. После того, как UE устанавливает RB, она информирует об этом RNC
сообщением RB setup complete.
5. RNC отправляет сообщение RAB assignment response в CN, информирую
об установлении RAB.
Одним
из факторов бурного
разработанные
передачей
технологии
данных
HSPA.
развития сетей WCDMA
доступа
Для
21
с
поддержкой
поддержки
являются
высокоскоростной
работы
технологий
высокоскоростного доступа сеть WCDMA не требует изменения оборудования
и узлов, а только обновление программного обеспечения.
1.2
ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ДОСТУПА HSDPA
Протокол высокоскоростной передачи данных по однонаправленному
каналу от базовой станции к мобильному, терминалу HSDPA является
развитием сети UTRAN. Скорость передачи пакетных данных на радиоканале
увеличивается- в несколько раз, и достигает в пределе 14,4 Мбит/с. Протокол
позволяет повысить качество услуг, требовательных к задержкам и высоким
скоростям в радиоканале.
Рассмотрим изменения, благодаря
которым
возможно достичь таких скоростных показателей [6].
При реализации технологии доступа HSDPA схема утилизации кодового
ресурса сектора изменяется. Для HSDPA формируется кодовый пул, который
может состоять из 1...15 кодов с коэффициентом расширения спектра SF=16.
Кодовой пул протокола HSDPA является общим для всех активных абонентов
HSDPA
и распределяется
меду
ними в соответствии
с
алгоритмом
планировщика (scheduler). Рассмотрим пример, когда для организации
высокоскоростного
канала
передачи
данных
зарезервировано
12
каналообразующих кодов с коэффициентом расширения SF=16 (рис. 1.7).
Мобильная
станция
обрабатывает
параллельно
несколько
каналов
с
различными каналообразующими кодами.
Необходимо
каналообразующие
отметить,
что
коды
только
для
с
протокола
HSDPA
коэффициентом
используются
расширения
16,
использование других коэффициентов расширения невозможно. Количество
выделяемых кодов для высокоскоростного канала HS-PDSCH, в котором
передаются пользовательские данные, устанавливается оператором.
Технология доступа HSDPA является более гибкой с точки зрения
использования ресурсов радиоподсистемы. При использовании технологии
22
высокоскоростной передач данных образуется кодово-временной ресурс,
распределяемый между активными абонентами в секторе.
SF=1
Q SF=2
Ah
HS-SCCH, DPCH,
common channel
HS-PDSCH
Рис. 1.7. Кодовое дерево при использовании протокола HSDPA
Несколько абонентов могут использовать один код SF=16 в том случае,
когда в секторе реализована поддержка нескольких каналов HS-SCCH.
Количество каналов HS-SCCH в каждом секторе может принимать значение
от 1 до 5.
На рис. 1.8 приведен пример распределения кодового ресурса между
активными абонентами HSDPA при величине кодового пула HSDPA равного 5
и четырех каналах HS-SCCH.
OVSF.
UE 1
SF=16
SF=16
UE 2
SF=16
UE 3
UE 6
UE 7
UE 2
UE 4
SF=16
UE 3
SF=16
UE 6
UE 4
2 мс
2 мс
UE 5
2 мс
2 мс
Время
Рис. 1.8. Пример распределения кодового ресурса между активными
абонентами HSDPA в секторе
23
В сети WCDMA Release'99 в прямом и обратном каналах применяются
различные схемы манипуляции сигнала. В прямом канале используется
манипуляция QPSK, которая позволяет в каждом символе передавать 2 бита
полезной информации.
В
зависимости
от
качества
радиоканала,
в
протоколе
HSDPA
предусмотрена работа с двумя схемами манипуляции: QPSK и 16-QAM.
Механизм, который отвечает за изменение схемы манипуляции и кодирования
называется АМС (Adaptive Modulation and Coding). На рис. 1.9 изображены
прямоугольные сигнальные созвездия для манипуляций QPSK и 16-QAM [7,8].
о о
о о
11
о'
'•°о
I
о о
о о
0,1,0,0
0,0,1,1
0,1,1,0
1.0,1,0
1,0,0,0
1.1.1,0
0.0,0,0
1,0,0,1
Q
Q
о о
о о
° од
0,0°
о о
о о
1,0,1,1
1.1,0,1
0,1,0,1
1,1,0.0
0,0,0.1
0,1,1,1
0,0,1,0
1,1,1.1
QPSK
4 значения
фазы
16-QAM
12 значений фазы
3 значения амплитуды
Рис. 1.9. Сигнальные созвездия манипуляций QPSK и 16 QAM
При применении манипуляции 16QAM скорость передачи данных в
радиоканале теоретически возрастает в 2 раза. Тогда максимальная скорость
передачи
для
случая,
когда
для
протокола
HSDPA
выделено
15
каналообразующих кодов с SF=16 будет равна 480кбит/с* 15*2= 14,4 Мбит/с
без учета канального кодирования и перфорации.
Для передачи данных с использованием протокола HSDPA используется
транспортный канал, называемый HS-DSCH (High Speed Downlink Shared
Channel). Так же как и в канале DSCH Release'99, в канале HS-DSCH могут
передавать данные несколько пользователей. Мультиплексирование этих
пользователей производится по времени. Временной интервал, в течение
которого
один из абонентов
пользуется
24
ресурсами
канала HS-DSCH
называется TTI (Time Transmission Interval, временной интервал передачи).
Длинна TTI рана 2 мс, в отличие от кадра WCDMA Release'99 длинной 10, 20,
40 или 80 мс в зависимости от типа передаваемого трафика. Сокращение
длины временного интервала позволяет уменьшить задержки передачи данных
при обмене информацией между UE и NodeB. В течение интервала TTI
скорость, обусловленная количеством выделенных каналообразующих кодов,
видом манипуляции и схемой помехоустойчивого
кодирования, остается
постоянной. При этом для каждого следующего временного интервала эти
параметры могут меняться в зависимости от состояния радиоканала.
Для протокола HSDPA управление мощностью по замкнутой петле не
предусмотрено, данную функцию выполняет система АМС [9]. Временной
интервал передачи для HSDPA формируется путем объединения 3 временных
интервалов длинной 2/3 мс.
Для
функционирования протокола HSDPA кроме
канала
передачи
пользовательских данных HS-DSCH организуются два канала управления: HSSCCH
и HS-DPCCH
(High
Speed
Dedicated
Physical
Control Channel,
высокоскоростной выделенный канал управления). Взаимодействие каналов
протокола HSDPA показано на рис. 1.10.
HS-DPCCH- передача CQI
HS-DSCH - передача данных
HS-SCCH - передача информации о канале HS-DSCH
HS-DPCCH- передача ACK/NACK
Рис. 1.10. Взаимодействие каналов технологии доступа HSDPA
Канал HS-SCCH имеет фиксированную скорость передачи данных 60
кбит/с при коэффициенте расширения SF=128 и используется для передачи
сигнализации в прямом канале между NodeB и UE. Для каждой UE по этому
25
каналу передается сигнализация перед каждым TTI, в котором данная UE
будет активна. Сигнализация, передаваемая по каналу HS-SCCH, включает в
себя идентификатор UE, для которой предназначена информация, данные о
процессе HARQ (Hybrid Automatic Repeat Request, автоматическая система
перезапроса пакетов, принятых с ошибками) и о формате транспортного
канала HS-DSCH, по которому передаются непосредственно абонентские
данные.
В одном секторе могут быть сформированы несколько каналов HS-SCCH
для работы с параллельными каналами HS-DSCH. UE может прослушивать до
четырех каналов HS-SCCH, но для данного TTI данные передаются по одному
конкретному каналу HS-SCCH [10]. В том случае, когда UE обнаруживает
передачу
сигнализации
по
конкретному
каналу
HS-SCCH, она
может
ограничить мониторинг каналов сигнализации до одного, в котором была
передана адресованная ей информация. Структура кадра канала HS-SCCH
изображена на рис. 1.11.
Информация о
каналообразуюшем
коде
7 бит
Информация о
схеме
манипуляции
1 бит
Информация
Версия
И 1 ) ф о р м а ц и я
т
' блока о процессе избыточности
о размере
б бит
HARQ 3 бит
3 бита
Часть 1
8 бит
+8 «хвостовых» битов и
кодирование R=l/3
Часть 2
29 бит
+8 «хвостовых» битов и
кодирование R=l/3
Часть 1
Часть 2
48 бит
111 бит
Перфорация
Запас
1 бит
Перфорация
Часть 1
Часть 2
40 бит
80 бит
Рис. 1.11. Структура кадра канала HS-SCCH
26
CRC
16 бит
Идентификационный номер мобильной станции объединяется вместе
информацией о каналообразующем
коде и схеме манипуляции. Данная
информация защищается сверточным кодом со скоростью 1/3 и подвергается
перфорации. Во второй ветви объединяется вся сетевая информация, которая
защищается сформированным CRC, маскируется идентификатором мобильной
станции. Таким образом, к 13 битам присоединяется 8 бит из первой ветви,
добавляется 8 «хвостовых» битов и кодируется сверточным кодом. После
перфорации получаются еще 80 закодированных бит.
Канал HS-DPCCH является однонаправленным каналом от мобильной
станции к NodeB. Для его организации применяется код с расширением
спектра
SF=256 (скорость
информацию,
физической
передачи
необходимую
конфигурации
для
канала
данных
системы
30
кбит/с). Он
автоматической
HS-DSCH.
По
каналу
передает
регулировки
HS-DPCCH
передаются индикаторы качества канала (CQI, Channel Quality Indicator) перед
каждым Т П в котором будет активна UE. CQI несет в себе информацию о
качестве радиоканала и может принимать значения от 0 до 30. Чем меньше
значение CQI, тем лучше качество радиоканала и, соответственно, тем более
высокоскоростную
конфигурацию
канала
передачи
предоставить абоненту.
]HARQ
CQI (5 бит)
ACK/NACK (1 бит)
1
1
Код с повторением
Код Рида-Мюллера
20 бит
10 бит
г
1'
ACK/NACK
HS-DPCCH
Рис. 1.12. Структура канала HS-DPCCH
27
данных
можно
Используя
информацию о качестве
радиоканала,
NodeB
может
с
помощью канала HS-SCCH менять следующие параметры канала HS-DSCH:
размер
транспортного
блока данных
(Transport
Block Size, TBS),
тип
манипуляции, количество используемых каналообразующих кодов с SF=16,
схему
помехоустойчивого
кодирования.
Оценка
качества
радиоканала
производится по общему пилотному каналу CPICH (Common Pilot Channel).
Система
АМС
отвечает
за
выбор
оптимальной
манипуляции и количества каналообразующих
состояния
радиоканала.
Основой
для
кодовой
схемы,
кодов в зависимости
помехоустойчивого
от
кодирования
информации в канале HS-PDSCH является турбокод со скоростью R=l/3. С
помощью выравнивания скоростей и перфорации можно получать скорости
R= 1/4...3/4, что
позволяет
адаптивно
менять
скорость
кодирования
в
зависимости от качества радиоканала. Как уже упоминалось, для протокола
HSDPA
применяются
два
вида
скоростей помехоустойчивого
манипуляции.
С
помощью
различных
кодирования и видов манипуляции можно
получить дискретный набор возможных скоростей передачи данный от 119
кбит/с на один код SF=16 для манипуляции QPSK и скорости кода R=l/4 до
712 кбит/с на один код с SF=16 для манипуляции 16QAM и скорости кода
R=3/4.
Информация для пользователей протокола HSDPA передается в коротком
интервале 2 мс. В том случае, когда за этот интервал передачи в принятых
пакетах обнаруживаются ошибки, с которыми не справляется канальный код,
мобильная станция отсылает
на базовую станцию команду NAK (Non
Acknowledgement). Тогда при применении обычного протокола повторной
передачи базовая станция в ближайшем, выделенном для данной мобильной
станции интервале, повторно передает эти пакеты.
Протокол HARQ работает по другому принципу (рис. 1.13)
[11,12].
Принятый пакет с ошибками записывается в буфер, а на базовую станцию
отправляется запрос о повторной передаче этого же пакета. После приема,
28
даже если пакет вновь принят с ошибками, протокол суммирует две копии с
определенными весовыми коэффициентами. Таким образом, достаточно один
раз повторно передать пакет с ошибками, чтобы сильно снизить вероятность
неправильного
приема. В случае приема ошибочного
пакета
повторно
передается только блок данных, входящий в TTI (Time Transmission Interval, 2
мс).
Рис. 1.13. Работа протокола F-HARO
При
использовании
технологии
доступа
HSDPA
программное
обеспечение NodeB претерпевает изменения, связанные функциональностью
организации очередей для передачи абонентских данных. Эту операцию
выполняет
планировщик,
несколькими алгоритмами.
который
может
работать
Из используемых
в
алгоритмов
соответствии
с
планировщика
можно выделить следующие [13]:
- RR (Round Robin) - последовательное предоставление канала передачи
данных для всех абонентов;
- MAX С/1 - максимальная пропускная способность выделяется абонентам с
наилучшими радиоусловиями;
29
- PF (Proportional Fair) - максимальная пропускная способность выделяется
абонентам с лучшим качеством канала при условии контроля задержек
передачи данных;
- EPF (Enhanced
способности
задержки,
Proportional
сектора
между
гарантированные
Fair) -
при
абонентами
скорости
распределении
учитываются
передачи
данных
пропускной
радиоусловия,
и
приоритеты
абонентов.
Для канала передачи абонентских данных HS-PDSCH не используется
мягкая эстафетная передача. Для смены обслуживающей ячейки происходит
жесткая
эстафетная
передача.
Исключением
является
канал
передачи
сигнализации HS-SCCH.
Таблица 1.4
Категории мобильных терминалов с поддержкой HSDPA
Катего­
рия
Количество
кодов
интервал
между TTI
1
2
3
4
5
б
7
8
9
10
11
12
5
5
5
5
5
5
10
10
15
15
5
5
3
3
2
Все
мобильные
разделяются
2
2
1
размер
транспортного
блока, бит
7300
7300
7300
7300
7300
7300
14600
14600
20432
28776
3650
3650
терминалы,
на двенадцать
биты
HARQ
19200
28800
28800
38400
57600
67200
115200
134400
172800
172800
14400
-
Манипуляция
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK/16QAM
QPSK
QPSK
поддерживающие
категорий
в соответствии
Скорость
передачи
данных
1,2 Мбит/с
1,2 Мбит/с
1,8 Мбит/с
1,8 Мбит/с
3,6 Мбит/с
3,6 Мбит/с
7,2 Мбит/с
7,2 Мбит/с
10,2 Мбит/с
14,4 Мбит/с
0,9 Мбит/с
1,8 Мбит/с
протокол
со
HSDPA
следующими
параметрами:
- максимальное количество кодов, с которым одновременно может работать
мобильный терминал: 5, 10 или 15;
зо
- минимальный временной интервал между TTI, с которым может работать
мобильный терминал;
- максимальное количество бит данных в одном TTI канала HS-DSCH, с
которым может работать мобильный терминал (комбинация этого параметра и
параметра минимального временного интервала между последовательными
TTI определяют пиковую скорость передачи данных для данного мобильного
терминала);
- максимальное количество бит для процесса HARQ (определяется размерами
оперативной памяти мобильного терминала);
- поддержка манипуляции 16QAM.
В таблице 1.4 представлены характеристики мобильных терминалов
двенадцати категорий [7, 8]. При увеличении скорости передачи данных в
прямом канале, необходимо увеличивать
скорость отправки
служебной
информации (CQI, ACK/NACK) от мобильной станции к NodeB. Увеличение
скорости в обратном канале возможно благодаря технологии HSUPA.
1.3 ПРИНЦИПЫ ОРГАНИЗАЦИИ ТЕХНОЛОГИИ ДОСТУПА
ХАРАКТЕРИСТИКИ МОБИЛЬНЫХ ТЕРМИНАЛОВ
HSUPA,
Канал передачи данных с использованием технологии доступа HSUPA
носит название E-DCH (Enhanced Uplink Dedicated Channel). Рассмотрим
основные
характеристики
технологии
и
'принципы
высокоскоростной передачи данных в обратном канале [14].
Канал E-DCH имеет следующие характеристики:
- скорость на радиоканале до 5,8 Мбит/с;
- манипуляция BPSK и адаптивных схем не предусмотрено;
- мультикодовая работа;
- коэффициент расширения спектра SF=2, 4;
- используемые временные интервалы: ТТ1=10, 2 мс;
31
организации
- использование HARQ в качестве алгоритма перезапроса пакетов;
- быстрая организация очередей пакетов для передачи по радиоканалу;
- мягкая эстафетная передача.
Увеличение скорости передачи данных в обратном канале сети WCDMA
с поддержкой технологии доступа HSDPA принципиально не только для
передачи пользовательских данных. На практике доказано, что при скорости
передачи данных по прямому каналу более 7,2 Мбит/с для передачи
служебной информации в обратном направлении, включающей в себя CQI,
ACK/NACK, необходимо обеспечить скорости передачи больше 384 кбит/с.
Для передачи данных в протоколе HSUPA применяется двухпозиционная
манипуляция
BPSK,
адаптивного
изменения
схемы
манипуляции
не
предусмотрено. При использовании протокола HSUPA возможна работа с
несколькими
параллельными
расширения
SF=2,
4.
Эти
каналами
каналы
с
разными
закрываются
коэффициентами
каждый
своим
скремблирующим кодом. На количество абонентов в секторе этот факт не
влияет, так как количество скремблирующих кодов в обратном канале не
является ограничивающем фактором. Максимально возможная скорость
достигается при работе с четырьмя каналами: два из них SF=2 и два SF=4.
Тогда скорость передачи данных составит 2*1920 + 2*960 = 5760 кбит/с (5,76
Мбит/с).
Рассмотрим
основные
каналы,
организуемые
для
реализации
Channel) -
выделенный
высокоскоростного доступа HSUPA:
E-DPDCH
(E-DCH
Dedicated
Physical
Data
высокоскоростной физический канал передачи
абонентских данных в
обратном канале.
E-DPCCH (E-DCH Dedicated Physical Control Channel) - выделенный
высокоскоростной физический канал управления в обратном канале.
32
HSUPA
E-DHICH
HSDPA
л_ Л
-4
HS-SCCH
HS-PDSCH
HS-DPCCH
Рис. 1.14. Взаимодействие каналов технологий HSPA
Взаимодействие каналов протокола HSUPA представлено на рис. 1.14.
Канал E-DPDCH используется для передачи информации транспортного
канала E-DCH. Для одного радиоканала может быть несколько каналов ЕDPDCH. Физический канал E-DPCCH передает служебную информацию,
связанную с каналом E-DCH.
IE-DPDCH
Данные, N бит Tslot=2560 чипов, Ndata=10*2 K (K=0...7)
Tslot=2560 чипов
10 бит
^ ~ ~ -
Слог!
—
Слет 2
-
-
СлогЗ
Подфрейм, 2 мс
_
_
IE-DPCCH
_
^
Сют14
OicrrN
1 радиофре:йм, т = Юме
<
•
Рис. 1.15. Временная структура каналов E-DPDCH/E-DPCCH
Каналы E-DPDCH и E-DPCCH передаются совместно, кроме того случая,
когда
для
канала
E-DPDCH используется
режим
DTX
(Discontinuous
Transmission). E-DPCCH передается в тех же слотах, что и канал DPDCH. На
рис.
1.15
изображена
временная структура
высокоскоростных
каналов.
Каждый радиофрейм состоит из пяти подфреймов длиной 2 мс. В свою
очередь подфрейм состоит из трех слотов. Таблица 1.5 отображает скорости
передачи данных в этих каналах и количество бит во временной структуре.
33
Т а б л и ц а 1.5
Характеристики каналов E-DPDCH/E-DPCCH
Битовая скорость
(кбит/с)
15
30
60
120
240
480
960
1920
15
Формат
слота
0
1
2
3
4
5
б
7
0
Канал
E-DPDCH
E-DPCCH
Коэфф.
расшир. SF
256
128
64
32
16
8
4
2
256
Бит/фрейм
150
300
600
1200
2400
4800
9600
19200
150
бит/
слот
10
20
40
80
160
320
640
1280
10
Бит/подфрейм
30
60
120
240
480
960
1920
3840
30
E-RGCH (E-DCH Relative Grant Channel) - канал доступа к ресурсам
HSUPA.
Канал
доступа
E-RGCH
имеет
фиксированный
коэффициент
расширения SF=128 и отвечает за организацию доступа сети к мобильной
станции. Временная структура канала представлена на рис. 1.16.
Канал
передается последовательно в продолжении 3, 12 и 15 слотов. В каждом слоте
передается обучающая последовательность из 40 бит. Три или двенадцать
слотов
предназначены
для
радиоканалов
с
использованием
H-DCH
с
временными интервалами 2 и 10 мс соответственно, а пятнадцать слотов для
радиоканалов без E-DCH.
bitO
ч
bit39
bitl
'
Слот 1
Tslot=2560 чипов
Слот 2
^
Слот 14
Слот!
СлотЗ
р.
Подфрейм, 2 мс
м ч
^
,
J
, г\
1 радиофрейм, т=10 мс
Рис. 1.16. Временная структура канала E-RGCH
E-HICH (E-DCH Hybrid ARQ Indicator Channel) - канал индикации процесса
HARQ. Данный канал имеет фиксированный коэффициент расширения SF=16
и
является
подтверждение
выделенным
каналом
на
линии
процесса повторной передачи
вниз,
отвечающий
пактов. Структура
аналогична структуре канала E-RGCH. Индикатор подтверждения
34
за
канала
процесса
повторной передачи пакетов передается в течение трех или двенадцати пачек
по 40 бит, соответственно для 2 и 10 миллисекундных интервалов передачи
TTI.
F-DPCH
Канал
информацию
(Fractional
управления
Dedicated
мощностью
и
Physical
Channel)
передает
является
частным
случаем
выделенного канала управления DPCCH. Структура канала представлена на
рис. 1.17. Каждый интервал 10 мс разделяется на 15 слотов, каждый из
которых состоит из 2560 чипов. Каждый слот является одним периодом
управления мощностью.
512 бит
•
<
(ТХ off) ТРСЛбиг
(TXoff)
Tslot=2560 чипов
Слот 1
Слот 2
СлотЗ
СЛ0Т1
Слот 14
Подфрейм, 2 мс
1 радиофрейм, т=10 мс
Рис. 1.17. Структура кадра канала F-DPCH
E-AGCH (E-DCH Absolute Grant Channel) - канал предоставления
радиоресурса. Канал доступа имеет фиксированную скорость 30 кбит/с
(SF=256) и является каналом «линии вниз». Его структура аналогична
структуре канала E-RGCH.
Перед передачей информации по радиоканалу, мобильная станция
должна запросить ресурс у Node В. Для этого она отсылает на Node В
параметр Scheduling Information (SI), включающий в себя максимальную
мощность передатчика мобильной станции и состояние буфера. Node В выдает
мобильной станции ограничения на использование радиоканала исходя из
присланного ранее параметра SI, оценки интерференционных помех и
статистики по другим абонентам в секторе.
35
Исходя из ограничений на использование радиоканала, мобильная
станция выбирает подходящий формат канала E-DCH и соответствующую
мощность передатчика. Node В принимает данные от мобильной станции,
проверяет их на наличие ошибок и делает вывод о том, подтверждать ли
получение данных (АСК). Если в принятых данных много ошибок, Node В
посылает NACK, что означает повторную попытку передать информацию.
Пиковые скорости передачи данных для протокола HSUPA определяются
не только возможностями сети, но и возможностями мобильных терминалов.
В табл. 1.6 представлены существующие категории мобильных терминалов.
Таблица 1.6
Характеристики UE с поддержкой HSUPA
Категория
E-DCH
Кат. 1
Кат. 2
Кат. 3
Кат. 4
Кат. 5
Кат. б
Максимальное
количество
каналов
E-DPDCH
1
2
2
2
2
4
Минимальный
коэффициент
расширения,
SF
SF4
SF4
SF4
SF2
SF2
SF 2 + SF 4
Поддерживаемые
TTI
Юме
2 или 10 мс
10 мс
2 или 10 мс
Юме
2 или 10 мс
Пиковая
скорость
дляТТЫО
мс
711 кбит/с
1448 кбит/с
1448 кбит/с
2000 кбит/с
2000 кбит/с
2000 кбит/с
Пиковая
скорость
для ТТ1=2
мс
-
1448 кбит/с
-
2886 кбит/с
-
5742 кбит/с
Возможности мобильных терминалов определяются количеством кодов, с
которым может работать мобильная станция, буфером мобильной станции и
поддерживаемыми
коэффициентами
расширения
спектра
для
каналообразующих кодов.
1.4 ОПРЕДЕЛЕНИЕ
ИССЛЕДУЕМОЙ
ОБЛАСТИ
СЕТИ
WCDMA,
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧ ИССЛЕДОВАНИЯ
Увеличение скоростей передачи данных и взаимодействие технологий
доступа
в сетях
WCDMA/HSPA
требуют
36
повышенного
внимания к
использованию
ресурсов
радиоподсистемы.
На рис. 1.18
представлена
упрощенная схема сети WCDMA [15].
MSC
GMSC
Мс
MGW
SGSN
М5С
Gn
GGSN
Gd.Gp
Gn+
SGSN
Core network
Access Network
Рис. 1.18. Упрощенная схема сети WCDMA
Определим интерфейсы и ресурсы, влияющие на качество обслуживания
абонентов в сети WCDMA/HSPA. Ограничим исследуемую область сети
WCDMA подсистемой радиодоступа. Тогда к рассматриваемым интерфейсам
и ресурсам можно отнести:
- интерфейс Uu (радиоинтерфейс), который включает в себя интерференцию
в обратном канале, мощностной ресурс базовой станции в прямом канале и
кодовый ресурс сектора;
- интерфейс Iub, который ограничен по ресурсу пропускной способности
канала передачи данных между базовой станцией и контроллером радиосети;
производительность
базовой
станции,
которая
определяется
возможностями цифровых сигнальных процессоров.
Дополнительно в подсистеме базовых станций можно выделить еще два
ресурса, которые могут влиять на качество обслуживания абонентов:
- категории мобильных терминалов, которые определяют их максимальные
скорости передачи данных;
37
- производительность контроллера радиосети, ограниченная возможностями
цифровых сигнальных процессоров RNC.
Далее в работе предполагается, что абоненты используют мобильные
терминалы с поддержкой HSDPA с максимальной скоростью передачи данных
3,6 Мбит/с. Ограничение производительности RNC в работе не учитывается
по причине достаточно редкого влияния на качество обслуживания абонентов.
Загрузку
контроллера
радиосети
обычно
контролируют
ограничением
максимального количество NodeB, которое он обслуживает.
Дополнительными ресурсами, которые могут оказывать влияние на
качество
предоставляемых
сервисов
и
которые
не входят
в
состав
радиоподсистемы, являются:
- интерфейсы IuCS и IuPS, необходимые для передачи голосовых и пакетных
данных между RNC и узлами подсистемы коммутации MGW и SGSN;
- производительность узлов подсистемы коммутации.
Влияние рассматриваемых ресурсов радиоподсистемы сети WCDMA
может отличаться как в зависимости от технологии передачи данных, так и в
зависимости от предоставляемых услуг. В связи с этим при решении задачи
повышения качества обслуживания абонентов в условиях ограниченности
ресурсов необходимо определить какие ресурсы будут играть определяющую
роль
при увеличении
своевременные
и
абонентской нагрузки.
соответствующие
меры
Это позволит
по
проводить
минимизации
влияния
ограничений по ресурсам на абонентские сервисы.
В данной главе приведено описание радиоподсистемы сети WCDMA,
даны
основные характеристики
данных
HSPA,
которые
протоколов
на сегодняшний
высокоскоростной
день
являются
передачи
основными
технологиями радиодоступа в сетях сотовой связи третьего поколения. На
представленной схеме сети WCDMA определены интерфейсы и ресурсы,
которые влияют на качество обслуживания абонентов и будут рассмотрены в
диссертационной работе.
38
В рамках поставленной ранее научной задачи требуется:
1. Рассмотреть алгоритм доступа абонентов к ресурсам радиоподсистемы,
которые могут оказывать влияние на качество предоставления сервисов в
сетях WCDMA/HSPA, привести подробное описание физических процессов
использования данных ресурсов
требованиями
по качеству
активными абонентами в
обслуживания,
определить
соответствии
степень
влияния
абонентской нагрузки на загрузку ресурсов радиоподсистемы WCDMA/HSPA
и разработать концепцию управления ресурсами радиоподсистемы;
2. Разработать
математические
методы
расчета
влияния абонентской
нагрузки на качество предоставления сервисов для декомпозиции ресурсов
радиоподсистемы WCDMA/HSPA учетом оценки распределения абонентов по
сервисам и предложенной методики определения коэффициента активности
для абонентов с пакетной передачей данных, определить влияние основных
сетевых параметров радиоподсистемы на загрузку ресурсов;
3. Разработать имитационную модель влияния абонентской нагрузки на
качество предоставления услуг в сети WCDMA/HSPA для декомпозиции и
совокупности
ресурсов
радиоподсистемы
на
основе
разработанных
математических методов;
4. Разработать программный комплекс по автоматической
регулировке
параметров радиоподсистемы для контроля и управления доступом к ресурсам
радиоподсистемы с целью повышения качества обслуживания абонентов в
сети WCDMA/HSPA.
39
Глава 2. РЕСУРСЫ РАДИОПОДСИСТЕМЫ СЕТИ WCDMA/HSPA
2.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Разработка
технологий
высокоскоростного
доступа
HSPA
для
радиоподсистемы сети WCDMA позволила поднять качество обслуживания
абонентов на новый уровень. Для обеспечения возможности работы абонентов
с
высокими
скоростями передачи
данных
необходимо
контролировать
нагрузку на ресурсы сети WCDMA. Особенно это* утверждение относится к
ресурсам радиоподсистемы.
Ресурсы
радиоподсистемы
производительность
пропускной
имеют
процессоров
способности
канала
различную
базовых
физическую
станций,
интерфейса
Iub,
природу:
ограничения
по
ограничения
по
интерференции в обратном канале, свойственные всем системам с кодовым
разделением каналов. Такое разнообразие ограничивающих факторов требует
их детального
рассмотрения. Для
поддержания
качества
обслуживания
абонентов на должном уровне необходимо иметь четкие представления о
физических процессах использования ресурсов сети абонентами с широким
спектром услуг.
Помимо зависимости загрузки ресурсов радиоподсистемы от типов услуг,
которыми пользуются абоненты, важное значение имеет технология доступа к
сети:
WCDMA
Release'99
или
высокоскоростные
протоколы
HSPA.
Распределение ресурсов между технологиями доступа имеет принципиальное
значение при рассмотрении вопросов влияния на качество обслуживания
абонентов.
Кроме плановых расширений ресурсов радиоподсистемы в сети WCDMA
для повышения качества обслуживания абонентов необходимо оперативно
реагировать
на перегрузки
в сети. Для этого необходимо
разработать
концепцию системы автоматического управления параметрами сети WCDMA.
40
Для подробного анализа влияния ограничений ресурсов радиоподсистемы
необходимо рассмотреть
алгоритм доступа
абонентов к сети
WCDMA,
рассмотреть физические модели использования ресурсов интерфейсов Uu, Iub
и
процессорной
емкости
базовой
станции.
Необходимо
разработать
математический аппарат на базе рассмотренных физических моделей для
расчета нагрузки на рассматриваемых интерфейсах и узлах. Для каждого
интерфейса и узла, чьи ресурсы рассматриваются в диссертационной работе,
обобщены ключевые аспекты и проблематика, связанны с особенностями его
использования.
2.2
КОНЦЕПЦИЯ
СИСТЕМЫ
УПРАВЛЕНИЯ
РЕСУРСАМИ
РАДИОПДСИСТЕМЫ СЕТИ WCDMA
В связи с постоянным ростом абонентской нагрузки в сети WCDMA и
ограниченности ресурсов радиоподсистемы вопросы, связанные с качеством
предоставляемых услуг приобретают первостепенное значение для операторов
сетей мобильной связи. Технологии доступа с высокоскоростной передачей
данных HSPA привносят некоторые особенности в утилизацию ресурсов, что
необходимо учитывать
при анализе влияния на качество
обслуживания
абонентов.
Рассмотрим
распределение
ресурсов
по
интерфейсам
и
узлам
радиоподсистемы сети WCDMA. В рассматриваемой работе не учитываются
ограничение производительности контроллера радиосети (RNC). Также не
рассматриваются ограничения по максимальным скоростям передачи данных
для мобильных терминалов, используемых абонентами.
Радиоинтерфейс включает в себя следующие ресурсы:
- кодовый ресурс, который ограничивается количеством ортогональных кодов
с переменным коэффициентом расширения;
41
- ресурс по интерференции в обратном канале сектора, обусловленный
эффектом «дыхания» соты;
- ресурс по мощности в прямом канале, ограниченный лицензиями на
допустимую максимальную мощность.
Интерфейс Iub включает в себя ресурс по пропускной способности
канала передачи пользовательских данных и сигнальной информации между
базовой станцией и контроллером радиосети.
Производительность процессоров базовой станции является важным
ресурсом радиоподсистемы. Особенно большие нагрузки возлагаются на
процессоры, отвечающие
за демодуляцию
и декодирования
сигналов,
принятых от мобильных станций.
Каждый ресурс имеет свои ограничения по максимальной нагрузке и
влияет на качество обслуживания абонентов. При отсутствии вводимых
ограничений
на максимальную
нагрузку
возможна
неконтролируемая
деградация качества обслуживания абонентов.
Для ограничения максимальной нагрузки в сетях WCDMA используется
процедура контроля доступа абонентов к ресурсам (САС, Call Admission
Control). Данный алгоритм является частью программного обеспечения
контроллера
радиоподсистемы
RNC. Блок-схема
алгоритма
процедуры
доступа представлена на рис. 2.1. Решение по предоставлению каждого
ресурса радиоподсистемы принимается независимо и порядок проверки
ресурсов не имеет значения [16].
С помощью параметров алгоритма САС возможно управлять загрузкой
ресурсов
радиоподсистемы.
Абонентская
нагрузка
в
сети
WCDMA
распределена неравномерно и может иметь большую девиацию на уровне
соты или базовой станции вне зависимости от общего тренда объема
передаваемого трафика.
42
Запрос на установление RAB
NOK
NOK
NOK
NOK
NOK
Отказ
Рис. 2.1. Алгоритм процедуры доступа к ресурсам радиоподсистемы
Причинами внезапного увеличения абонентской нагрузки может быть
сезонная миграция абонентов или массовые мероприятия. Своевременная
коррекция параметров алгоритма САС и настройка распределения ресурсов
между абонентами позволит повысить качество обслуживания абонентов, а,
следовательно, выручку
оператора и лояльность абонентов. Управление
ресурсами сети WCDMA описаны в [17,18].
Предложенная
концепция
системы
управления
ресурсами
радиоподсистемы представлена на рис. 2.2. Система управления мониторинга
и управления радиосетью является программным продуктом производителя
оборудования радиоподсистемы. К ней подключаются базы данных сбора и
хранения
статистики,
конфигурации
параметров
и
интерфейсов
радиоподсистемы и система управления ресурсами сети WCDMA.
43
База данных конфигурации
радиосети
Система управления
ресурсами сети WCDMA
_
: * ^ : : :
Ресурсы интерфейса Uu:
; 1. OVSF коды
I 2. Мощность DL
: 3. Пнтерферениия UL
База данных
статистики
,
Система мониторинга
и управления
радиосетью
I
Ресурсы Б С :
| производительность про- [
| пессоров БС
Ресурсы интерфейса I u b :
] пропускная
способность \
| канала
Рис. 2.2. Концепция управления ресурсами радиоподсистемы
На основе получаемых статистических данных и известной конфигурации
параметров и интерфейсов радиоподсистемы система управления ресурсами
сети вычисляет новые значения и отправляет их в систему мониторинга и
управления, откуда они попадают в сеть.
Необходимо
абонентской
отметить,
нагрузкой
что
можно
кроме
параметров
управлять
с
помощью
алгоритма
параметров
САС,
для
эстафетной передачи и с помощью изменения мощности пилотного канала или
каналов
трафика.
В
диссертационной
работе
управление
абонентской
нагрузкой с помощью изменения мощностей пилотного канала и каналов
трафика не рассматриваются, так как этот способ широко распространен и
проработан многими компаниями -
производителями оптимизационных
комплексов.
На рис. 2.3 представлены
способы управления загрузкой
ресурсов
радиоподсистемы сети WCDMA [19]. Непосредственно загрузкой каждого
ресурса радиоподсистемы можно управлять с помощью параметров алгоритма
САС. Далее в диссертационной работе будет рассматриваться в основном
именно этот способ.
44
УПРВЛЕНИЕ ЗАГРУЗКОЙ РЕСУРСОВ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ В СЕТИ WCDMA
Z
1
Управление
параметрами
алгоритма доступа
САС
Управление
параметрами
эстафетных передач
Управление
мощностями
пилотного и
трафиковых каналов
ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ В
ОБРАТНОМ КАНАЛЕ
INTRA-FREQ
ХЭНДОВЕРЫ
МОЩНОСТЬ
ПИЛОТНОГО КАНАЛА
МОЩНОСТЬ БС В
ПРЯМОМ КАНАЛЕ
INTER-FREQ
ХЭНДОВЕРЫ
А.
КОДЫ OVSF В
ПРЯМОМ КАНАЛЕ
Т
МОЩНОТИ КАНАЛОВ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
INTER-RAT
ХЭНДОВЕРЫ
X
ПРОПУСКНАЯ
СПОСОБНОСТЬ
ИНТЕРФЕЙСА ШВ
ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТЬ
ПРОЦЕССОРОВ БС
Рис. 2.3. Способы управления загрузкой ресурсов радиоподсистемы в сетях
WCDMA
Загрузкой ресурсов соты или базовой станции можно управлять с
помощью параметров эстафетных передач. Перераспределяя абонентскую
нагрузку между соседними секторами можно добиться улучшения качества
обслуживания
абонентов.
Существующие
типы
эстафетных
передач
применяются для различных ситуаций при перераспределении абонентской
нагрузки:
45
- эстафетные передачи без изменения частоты (intra-frequency
handover)
крайне редко используется для управления нагрузкой, так как дают очень
слабое перераспределение;
- эстафетные передачи с изменением частоты в рамках сети WCDMA (interfrequency
handover)
могут
быть
эффективным
инструментом
для
перераспределения нагрузки между несущими частотами сети WCDMA;
- эстафетные передачи с изменением технологии радиодоступа
(inter-rat
handover) могут использоваться для снижения абонентской нагрузки в сети
WCDMA путем перевода части абонентов в сеть 2G (GSM).
При переводе нагрузки из сети WCDMA в сеть GSM можно не только
снизить загрузку ресурсов, но и потерять часть пакетного трафика, так как в
сети GSM скорость, передачи значительно ниже. В связи с этим операторы
часто используют данный тип эстафетных передач для перевода в сеть 2G
только голосового трафика (service based handover, эстафетная передача по
типу сервиса) [20].
Управление
нагрузкой
с помощью
коррекции значений мощности
пилотного и трафиковых каналов широко используется в программных
комплексах оптимизации сетей WCDMA. Относительно мощности пилотного
канала
устанавливаются
мощности
каналов
трафика
со
смещением.
Регулировка этих значений позволяет корректировать загрузку
ресурсов
радиоподсистемы, но подробно в работе не рассматривается.
Для правильного управления загрузкой ресурсов радиоподсистемы в сети
WCDMA необходимо подробно рассмотреть механизмы утилизации данных
ресурсов разными типами сервисов с разными технологиями доступа. Для
каждого ресурса необходимо разработать математический аппарат расчета
нагрузки и влияния на сервисы абонентов.
46
2.3 КОДОВЫЙ РЕСУРС РАДИОПОДСИСТЕМЫ
Кодовый ресурс является одним из ключевых ресурсов сектора сети
WCDMA. Основной особенностью данного ресурса является то, что он
ограничен только в прямом канале связи. Назначение и характеристики кодов
в сети WCDMA представлены в табл. 2.1 [21, 22].
Таблица 2.1
Назначение и характеристики кодов
Каналообразующие коды
Скремблирующие коды
Применение
Обратный канал: разделение на
физическом уровне каналов данных
каналов управления от одного UE
Прямой канал: Разделение каналов для
различных пользователей в одном секторе
Обратный канал:
селекция UE
Прямой канал:
разделение секторов
Количество кодов
Количество кодов под одним
скремблирующим кодом равно
коэффициенту расширения
Обратный канал:
несколько миллионов
Прямой канал: 512x16
кодов
В связи с тем, что в обратном канале ограничении по кодовому ресурсу
нет, далее в данной работе под кодовым ресурсом сектора WCDMA
понимается количество кодов с фиксированным коэффициентом расширения в
прямом канале.
В прямом канале сектора WCDMA кодовый ресурс ограничен, из-за чего
возможны ситуации, когда у абонентов происходит отказ в предоставлении
сервисов,
поэтому
грамотное
неотъемлемой частью
управление
данным
ресурсом
настройки работы сети WCDMA
является
с протоколом
высокоскоростной передачи данных HSDPA.
Весь кодовый ресурс сектора можно представить как 128 кодов с
коэффициентом
расширения
спектра
SF=128.
Для
нормального
функционирования сектора WCDMA часть кодов необходимо отвести для
каналов управления [21, 22]:
47
- PCPICH (Primary Common Pilot Channel) основной общий пилотный канал
необходимый для определения основного скремблирующего кода сектора
(PSC, Primary Scrambling Code), данный канал занимает код с SF=256;
- РССРСН (Primary Common Physical Channel) первичный общий физический
канал управления, в котором передается основная системная информация
логического канала ВСН (Broadcast Channel), канал занимает код с SF=256;
- PICH (Paging Indicator Channel), канал передачи пейджинговых индикаторов
и необходим для организации пейджинговых групп цикла DRX, используя код
с SF=256;
- AICH (Acquisition Indicator Channel) канал индикации доступа к сети по
которому передаются индикаторы доступа к сети при запросе UE ресурсов на
установления соединения по каналу РСН, канал использует коэффициент
расширения спектра SF=256;
- SCCPCH (Secondary Common Control Physical Channel) вторичный общий
физический канал управления, который служит для передачи транспортных
каналов РСН и FACH (канал SCCPCH может занимать коды с SF=256...4 и
каналов SCCPCH в секторе может быть несколько).
В сумме каналы управления занимают восемь кодов SF=256 или четыре кода с
SF=128.
Возможны три варианта блокировок по кодам: блокировки по кодам на
уровне
RRC при попытке получения
выделенного
канала управления,
блокировки RAB по CS сервису или по RAB PS сервисам с различными
скоростями
передачи
максимальные
данных.
коэффициенты
В
табл.
расширения
2.2
представлены
спектра,
требуемые
необходимые
для
предоставления абонентам различных услуг.
Часть
кодов
SF=128
может
заниматься
под
установление
RRC
соединений, не связанных последующей активацией RAB соединений. Данная
сигнализация включает в себя такие процедуры, как Location Area Update,
Routing Area Update, URA Update и т.д. Для расчетов в диссертационной
48
работе использование кодов в секторе соединениями RRC не учитываются.
При расчетах нагрузки кодового ресурса ограничимся используемыми в сети
RAB для пакетной передачи данных. Возможные скорости передачи данных,
которые используются в диссертационной работе, выделены в табл. 2.2.
Таблица 2.2
Требуемые коды с коэффициентами расширений
Услуга
RRC соединение, любая услуга
Телефония, AMR 12,2 кбит/с
Передача данных, 64 кбит/с
Передача данных, 128 кбит/с
Передача данных, 144 кбит/с
Передача данных, 256 кбит/с
Передача данных, 384 кбит/с
Канал HS-PDSCH
SFBDL
128
128
32
16
16
8
8
16
Количество SF=128 в DL
1
1
4
8
8
16
16
8
SFBUL
128
64
16
8
8
4
4
-
В табл. 2.2 во втором столбце представлены требуемые ресурсы кодового
дерева для различных услуг, в том числе и для установления соединения RRC,
выраженные в коэффициентах расширения спектра для кодов. Во втором
столбце эти значения приведены к количеству кодов с расширением спектра
SF=128, так как их удобнее всего использовать в расчетах. В работе сделано
допущение, что низкоскоростная сигнализация и кодек
CS
AMR4.75,
использующие коды с SF=256, не применяются.
На рис. 2.4 первые 4 кода с SF=256 и первый код с SF=64 определены для
каналов управления. Коды с коэффициентами расширения SF=32, 16, 8
выделены для пакетных сервисов. Коды с коэффициентом расширения
спектра SF=128 используются абонентами с голосовым сервисом.
В том случае, когда на секторе сети WCDMA начинает работать протокол
HSDPA, для него необходимо сконфигурировать кодовый ресурс, который в
общем случае может состоять из 1...15 кодов с коэффициентом расширения
SF=16. С другими коэффициентами расширения спектра протокол HSDPA не
работает.
49
256
256
256
256
128
128
CS
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
CS
128
128
128
128
128
128
128
128
CS
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
64
128
16
128
128
CS
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
32
PS
64
К
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
PS
144
К
CS
8
PS
384 К
Рис. 2.4. Вид кодового дерева сектора WCDMA Release'99
При выборе количества кодов на начальном этапе эксплуатации сети
WCDMA с протоколом HSDPA необходимо руководствоваться тем, чтобы в
каждом
секторе
сети
была
возможность
предоставлять
пропускную
способность 3,6 Мбит/с для выделенного пула кодов. Данную пропускную
способность можно достичь, выделяя для протокола HSDPA 5 кодов. Тогда
кодовое дерево сектора WCDMA с использованием протокола HSDPA будет
выглядеть так, как показано на рис. 2.5.
При использовании протокола HSDPA кроме пяти кодов с SF=16,
составляющих общий ресурс протокола HSDPA, для его функционирования
необходим набор служебных каналов.
HS-SCCH (High Speed Shared Control Channel) высокоскоростной
общий
канал
управления.
Канал
необходим
для
передачи
служебной
информации протокола HSDPA. В общем случае количество каналов HSSCCH возможно менять от 1 до 5. За время TTI только один пользователь
может получать служебную информацию по одному каналу HS-SCCH. В
частном случае, для проведения анализа в секторе сконфигурировано четыре
канала HS-SCCH с фиксированным коэффициентом расширения SF=128.
Данная конфигурация является достаточно распространенной при применении
на коммерческих сетях WCDMA.
50
256
256
256
256
64
128
128
CS
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128 128
128
128
128
128
128
128
128
CS
128
Э2
128
128 CS
128
128 128 128
PS
64
К
16
128
PS
144
К
12S
128
256
256
128
12S
128
128
128
128
128
128 128
128 128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
12S
128 128 128
128
128
128
128
128
128
128
Пул протокола
HSDPA: 5 кодов
SF=16
Рис. 2.5. Вид кодового дерева сектора WCDMA с протоколом HSDPA
A-DPCH
выделенный
(Associated Dedicated
канал
управления,
Control
Channel)
использующий
код
с
присоединенный
коэффициентом
расширения SF=256. Для функционирования протокола HSDPA необходим
канал HS-DPCCH, работающий в UL. По нему передаются такие параметры,
как CQI (Channel Quality Indicator) и ACK/NACK, необходимые для протокола
HARQ. Для того чтобы управлять мощностью канала HS-DPCCH, необходимо
создать канал, в котором будут идти команды на управление мощностью.
Канал A-DPCH служит для этих целей. В Release'5 для каждого абонента
HSDPA необходимо создавать один канал A-DPCH. В Release'6 для этих
целей возможно создать канал F-DPCH (Fractional Dedicated Packet Channel), в
котором команды на управление мощностью будут передаваться сразу 10
абонентам. В данной работе рассматривается вариант с каналом A-DPCH,
поскольку вопрос о поддержки канала F-DPCH мобильными терминалами
пока остается открытым.
Несмотря на добавление новых каналов для протокола HSDPA, которые
занимают
кодовый
ресурс
сектора,
использование
протокола
высокоскоростной передачи данных в прямом канале все равно более выгодно
51
с точки зрения утилизации кодового ресурса. Это связано с особенностями
работы протокола HSDPA, а именно с временным разделением ресурсов пула
кодов и возможностью организации очередей пользователей, запросивших
передачу данных. Если при запросе канала WCDMA Release'99 свободных
кодов в секторе нет, абонент получит отказ в предоставлении услуг. В том
случае, если абоненту на момент запроса'не достанется ресурсов в пуле кодов
HSDPA, он будет поставлен в очередь и начнет принимать данные после
освобождения
ресурсов
другими
абонентами. Возможен
случай,
когда
кодового ресурса не хватит на установление канала A-DPCH, но он менее
вероятен, учитывая что в этом случае необходим код с SF=256. При
установлении RAB Release'99 минимально необходимый SF равен 128 или 64
в зависимости от настроек оператора. При меньших скоростях абонент будет
переведен в состояние Cell_FACH, в котором обменен данными происходит
по каналам FACH и RACH.
Применение технологии HSDPA позволяет повысить эффективность
использования кодового ресурса, в том числе и за счет специфики пакетного
трафика. Она состоит в том, что даже при постоянной закачке данных сервер
может останавливать передачу данных на некоторое время из-за ограничений
по производительности. Кроме того, абоненты далеко не всегда- нуждаются в
непрерывной передачи данных. При использовании канала R'99 канал за
абонентом сохраняется на время простоя. В случае передачи данных по
протоколу HSDPA, в те моменты, когда абоненту не передаются данные,
ресурс может быть отдан другим абонентам, стоящим в очереди на получение
ресурса. В секторе сети WCDMA кодовый ресурс жестко распределяется
между технологиями передачи данных HSDPA и Release'99.
Исходя из описания кодового ресурса, используемых услуг и технологий
доступа
можно записать следующее равенство для расчета
утилизации
кодового ресурса:
NCCCH + NHS-PDSCH
* 8 + NRl99 + NHS_SCCH
52
+ 0,5 * NA-DCH
= 128.
(2.1)
В (2.1) определим
NHSSCCH=4
- количество каналов HS-SCCH, Л/Ссс//=4 -
количество каналов SF=128 занимаемое общими каналами управления,
минимальное значение количества кодов SF=16 в пуле HSDPA
NHS-PDSCH
для
обеспечения максимальной скорости передачи данных 3,6 Мбит/с равно 5.
Тогда получим зависимости для кодового ресурса сектора сети WCDMA с
поддержкой технологии
HSDPA
при
различных
высокоскоростной технологии
конфигурациях
передачи
распределения
кодов
данных
между
технологиями доступа к сети (рис. 2.6).
Из графиков рис. 2.6 видно, что увеличение количества кодов SF=16 для
технологии доступа
HSDPA приводит к уменьшению числа абонентов,
которые могут получить доступ к ресурсам сети. При конфигурации кодового
ресурса с количеством кодов HS-PSDCH равным 14, максимальное количество
абонентов HSDPA равно 15, а для абонентов R'99 кодового ресурса не
остается.
90 -I
-•-N_HS-PDSCH=5
Количество активных абонентов HSDPA в секторе, шт.
Рис. 2.6. Варианты распределения кодового ресурса между технологиями
доступа в сети WCDMA
Для
абонентов
HSDPA
глобальным
параметром
сети,
который
устанавливается на RNC (Radio Network Controller, контроллер радиосети)
является GBR (Guaranteed Bit Rate, гарантированная скорость передачи
данных). Для диссертационной работы принято, что GBR для абонентов
53
'
HSDPA может принимать значения 64, 144 и 384 Кбит/с. В том случае, если
сеть WCDMA не может обеспечить гарантированную скорость передачи
данных для абонента, ему будет отказано в доступе.
По результатам тестирования на тестовом стенде, включающим в себя
тестовый контроллер радиосети RNC, тестовую базовую станцию NodeB с
одним сектором и каналом интерфейса Iub 10 Мбит/с, примем, что средняя
скорость передачи данных для абонента, использующего один код HS-PDSCH,
составляет 600 Кбит/с. Тогда получим следующие зависимости средней
скорости передачи данных на абонента HSDPA от количества активных
абонентов HSDPA в секторе в сравнении с GBR (рис. 2.7).
< N r J - v O O O O f N r f 4 0 0 0 0 ( N T t 4 D O O O f N T r 4 0 0 0 0 < N ' * v O O O O
Количество активных абонентов HSDPA в секторе, шт.
Рис. 2.7. Влияние конфигурации кодового ресурса на емкость сектора в
сравнении со значениями GBR для абонентов HSDPA
Корректируя значения гарантированной скорости передачи данных и
конфигурацию кодового ресурс в секторе WCDMA с поддержкой технологии
HSDPA,
оператор
может
получать
обслуживания абонентов.
54
заданные
показатели
качества
2.4 МОЩНОСТНОЙ РЕСУРС РАДИОПОДСИСТЕМЫ В ПРЯМОМ КАНАЛЕ
В секторе сети WCDMA мощность передатчика NodeB распределяется
между
каналами управления,
каналами
HSDPA
[22].
каналами
Общие
передачи
каналы
данных
управления
Release'99 и
занимают
часть
мощностных ресурсов в зависимости от максимальной мощности NodeB и
конфигурации
радиопараметров
рекомендованная
стандартом»
сети.
3GPP
Максимальная
для
мощность
производителей
NodeB,
оборудования,
составляет 43 дБм. На начальном этапе планирования сети WCDMA мощность
пилотного канала PCPICH выбирают равную для всех сот. В процессе
эксплуатации
сети, в зависимости
от абонентской нагрузки,
мощность
пилотного канала может быть изменена.
Мощности
общих
каналов
управления
и
трафиковых
каналов
рассчитываются относительно мощности пилотного канала для соблюдения
мощностного баланса. Суммарная мощность общих каналов управления
составляет примерно 20% от максимальной мощности базовой станции.
Распределение мощности между каналами Release'99 и HSDPA может
осуществляться по двум сценариям. На рис. 2.8 слева представлен первый
вариант
распределения
мощности,
в
котором
для
HSDPA
выделен
фиксированный диапазон мощности и управление осуществляет RNC. Для
этого варианта необходимо выделить ряд недостатков:
-
утилизация
мощностного
ресурса
происходит
неоптимально,
часть
мощности не используется;
- при управлении мощностью на RNC появляются задержки.
Во
втором
случае
(рис. 2.8,
справа)
управление
распределением
мощностью между технологиями Release'99 и HSDPA возлагается на NodeB.
При этом мощность каналов HS-PDSCH не фиксируется. Для каналов HSPDSCH выделяется мощность, которая не используется каналами Release'99.
55
Порог мощности NodeB
JV
i
Ч
К
о
о
•
14
•
•
-
_
_
.
Мощность каналов
HS-PDSCH
ё
Н
ё
о
X
о
§
EC
If
О
В
о
Мощность каналов
Release'99
2
1g
t=t
У
во,
о
о-
Служебные каналы
ч/
N/
Мощность каналов
B.elease'99
с
о
со
Служебные каналы
Ж
о
а.
Рис. 2.8. Распределение мощности в прямом канале
В этом алгоритме устраняются недостатки, связанные с неэффективным
использованием
мощностного
ресурса
распределением
мощности между
и
задержками
технологиями.
при
управлении
Однако, при высокой
нагрузки абонентов, пользующихся каналами Release'99 может возникнуть
ситуация с дефицитом мощности для технологии HSDPA. Такие ситуации
требуют проведения мероприятий по расширению мощностного ресурса и
перераспределению нагрузки в сети.
Для
реализации
алгоритма
САС
вводится
порог
относительно
максимальной мощности передатчика базовой станции, при достижении
которого
абоненты,
запрашивающие
установление
соединения,
будут
получать отказ в обслуживании. В том случае, если данный порог не
используется, возможна неконтролируемая деградация качества обслуживания
у всех абонентов в секторе.
В сети WCDMA бюджет обратного канала определяет радиус зоны
обслуживания соты, а емкость сектора будет определяться как мощностью в
прямом канале, так и интерференционной картиной на входе приемника
NodeB. Ресурс мощности в прямом канале является ограниченным, причем его
утилизация зависит не только от того, какими услугами пользуется абонент,
но и от того, как абоненты распределены по удаленности от базовой станции.
Допустимые потери на трассе распространения а, следовательно, и
дальность радиосвязи, будет зависеть от следующих параметров:
56
- запрашиваемой абонентом услуги, а точнее от скорости передачи данных в
радиоканале Rb. В том случае, когда скорость передачи данных выше,
выигрыш
в
увеличении
отношения
сигнал/шум
после
обработки
широкополосного сигнала меньше;
- абонентской загрузки в секторе, которая определяет уровень интерференции
в прямом канале;
- мощностных характеристик оборудования и характеристик радиоканала.
Аналитический расчет интерференционной картины в прямом канале
весьма затрудняет тот факт, что расчет необходимо выполнять для каждой
точки
в
радиусе
обслуживания
соты.
Уровень
интерференции
непосредственно связан с нагрузкой в секторе в прямом канале, расчет
которой необходим для принятия решения о расширении емкости сети и
применения алгоритмов ограничения нагрузки в прямом канале.
Общая
интерференция в прямом канале
сектора
сети
WCDMA
рассчитывается на входе приемника мобильного терминала и равна [23]:
Hotal
=
'own
' 'other
*" "w
\^-^)
В (2.2) lmai - суммарная интерференция на входе приемника мобильной
станции, Iown - интерференция в прямом канале обслуживающей соты, Iother интерференция в прямом канале от соседних сот, Рп - собственные шум
приемника мобильной станции и тепловой шум.
Рп = 10 х log(K х Т х W) + NF.
(2.3)
Первое слагаемое представляет собой тепловой шум на входе приемника
мобильной станции где W=3.84 МГц - рабочая полоса частот в сети WCDMA,
#=1.38*10"
Дж/К - постоянная Больцмана, Т = 290 К - нормальная
температура. NF - собственные шумы приемника мобильной станции. Для
современных мобильных терминалов собственные шум приемника лежат в
пределах
6...8
дБм. В расчетах
примем их равными 7 дБм. Тогда
57
минимальный уровень
шум для изолированного мобильного
терминала
составит -101 дБ/3.84 МГц.
Уровень интерференции от собственной соты определяется равенством
lown
=
а
Х
(2.4)
PTX_OWN>
где PTX_OWN - текущая суммарная мощность передатчика базовой станции,
определяемая абонентской нагрузкой в секторе и мощностью общих каналов
управления, а - коэффициент неортогональности OVSF кодов в прямом
канале.
Коэффициент неортогональности
изменяется в зависимости от
степени многолучевости на трассе распространения сигнала, при прямой
видимости передающий и приемной антенн принимают равным 0,1. В
условиях плотной городской застройки он может достигать значения 0,7. В
расчетах примем, что а=0,6.
Так
как
в
условиях
многолучевости
распространения
сигнала
коэффициент ортогональности скремблирующих кодов отличается от 1, на
мобильные
терминалы
обслуживающего
сектора
оказывают
влияние
передатчики соседних секторов. Это влияние характеризуется коэффициентом
/, который называется коэффициентом шума соседних секторов. Тогда
мощность шума, создаваемая соседними секторами, определяется как
Iother — foL
Х
(2.5)
PTX_AD]-
В (2.5) /DL - коэффициент шума соседних секторов, PTX_ADJ - мощность
передатчика в соседнем секторе. Необходимо отметить, что fDL зависит от
местоположения абонента в зоне обслуживания сектора. В центре соты /D/~0,
а на границе соты \<fDL<2.
Если принять нагрузку в сети распределенной равномерно, то есть
PTX_ADJ=PTX_OWN,
можно записать следующее равенство:
p
j
±
Ч h' ~~ ^ ^ n v loo i o
Р
p
N
_L_
1010
58
_
~~
М
L+PN'
(2-6)
В
(2.6)
(IJI0)j
отношение
-
сигнал/шум
для
j-ro
абонента
до
преобразования широкополосного сигнала в узкополосный, L - суммарные
потери в прямом канале, Pj- мощность базовой станции дляу'-го абонента.
Суммарные потери L рассчитываются по формуле
L = PLDL
~ Gantena_BS + ^body + SFMNSH0
+ Lcable
+ Lpenetr
— SHO
+ FFM,
(2.7)
где PLDL - потери на трассе распространения в прямом канале, ЬсаЫе - потери в
фидере, GaMennsBs - коэффициент усиления антенны базовой станции, Lbody
-
потри в теле человека, SHMNSHO - запас на быстрые замирания сигнала без
учета выигрыша
от мягкой эстафетной
передачи,
Lpenelr
-
потери
на
проникновение в здания, SHO - выигрыш от мягкой эстафетной передачи,
FFM- запас на медленные замирания.
Обозначим
PJJRX
как мощность, принимаемая у'-м абонентом
"j_RX ~
Т/
юю
(2.8)
Общая интерференция для j-ro абонента в данной точке зоны обслуживания
сектора равна
Т
- (a+ftXTlDLJotalXPTX
hum ~
L_
i
Юю
где TjDLjotai - абонентская нагрузка сектора в прямом канале. В
m
(2.У)
случае
идеального управления мощностью передатчика базовой станции можно
записать следующее равенство:
1n
Wz
Б
W
H
'о
J
!
Pj
В (2.10) {EblN0)j - отношение сигнал/шум для у-го абонента после
преобразования широкополосного сигнала в узкополосный, pj - коэффициент
активности абонента.
Из (2.6), (2.8), (2.9) и (2.10) запишем следующее равенство для требуемой
мощности базовой станции для j-го абонента:
59
10
10 ю xPjxPTXx(a+f+
Pj =
w
10
)
- *—1
(2-П)
R
j
В том случае, когда a = / = 0, требуемая мощность для у'-го абонента
определяется
потерями и собственными шумами приемника мобильной
станции. Суммарная абонентская нагрузка сектора по мощности в прямом
канале определяется как:
r
\DL_total— и
i
г
тах
(2.12)
где Ртх - текущая суммарная загрузка сектора в прямом канале, Р,пал максимальная мощность передатчика базовой станции.
Тогда нагрузка оту-го абонента, обслуживаемого в данном секторе, будет
равна
'и
~
р
max
~~
w
-zrR
j
r
•
V^-LJ)
Для расчета бюджета радиоканала HSDPA, который должен определять
радиус обслуживания соты, необходимо знать нагрузку в секторе, которую
создают
абоненты
с
технологией
WCDMA
R'99
с
установленными
голосовыми и пакетными соединениями. При расчете необходимо учитывать
удаленность абонентов от центра зоны обслуживания сектора. В реальной
сети вместо удаленности абонентов ориентирование происходит на качество
радиоканала, которое определяет требуемую мощность.
Для расчета дальности связи используется модель Ксиа-Бертрони [24, 25].
Данная модель позволяет оценить средний уровень потерь в тех случаях, когда
антенна базовой станции расположена на уровне крыш или ниже уровня крыш
зданий. Модель упрощается за счет предположений о равновысотности
застройки и одинаковых расстояний между зданиями. Она учитывает явление
60
дифракции. Для конкретной задачи выбран случай, когда антенны базовой
станции находятся на уровне крыш зданий. Такая ситуация является довольно
распространенной в городских условиях. В этом случае формула для расчета
выглядит следующим образом:
i — 1 0 х log10 [ ( ^ )
2
] - 10 х tog„ fen х (i - j ^ ) 2 ] - 10 х iog10 [($}.
(2.14)
В (2.14) Я - длинна волны в метрах, R - расстояние от мобильной станции до
базовой станции, d - средний интервал между кварталами, а в рассчитывается
как:
0 =tan-1(^),
(2.15)
где АНт - разность высот среднего уровня крыш и антенны мобильного
терминала. Для расчета выбраны следующие значения: АНт-10.5 метров,
d=50 метров.
Задавшись параметрами оборудования мобильной и базовой станций
можно выполнить расчет требуемых мощностей для абонентов с различными
услугами на границе зоны обслуживания сектора.
Данный RAB выбран из тех соображений, что для поддержки работы
высокосортного доступа HSDPA со скоростью 3,6 Мбит/с данная скорость
является необходимой в обратном канале для передачи информации о
характеристиках канала и подтверждений о приеме блоков данных.
В табл. 2.3 приведен пример расчета требуемой мощности передатчика
базовой станции для абонента с сервисом CS AMR 12.2, находящегося на
границе зоны обслуживания сектора, которая выбрана равной 470 метрам.
Характеристики мобильных терминалов и оборудования базовой станции
выбраны в соответствии с реальными величинами. Модель TU3 является
утвержденной в 3GPP и определяет запасы на быстрые и медленные
замирания при перемещении абонента со скоростью 3 км/ч и предполагает,
что абоненты находятся на улице.
61
Таблица 2.3
Пример расчета требуемой мощности для абонента на границе соты
Значения
Параметры расчета
Общие параметры
Сервис
Модель канала
Комментарии
CS AMR12.2
TU3
Модель КсиаБертрони
Модель распространения
Требуемая дальность радиосвязи (радиус
соты в соответствии с бюджетом
радиоканала в UL)
Параметры UE
Усиление антенны UE, дБ
Потери в кабеле UE, дБ
Потери в теле человека, дБ
Шумовая картина приемника UE, дБ
Требуемое отношение сигнал/шум для
выбранного сервиса, дБ
470
Чувствительность приемника UE, дБм
Загрузка сектора, %
Увеличение уровня интерференции,
связанное с загрузкой сектора, дБ
Выигрыш от SHO, дБ
Запас на быстрые замирания, дБ
Минимальный уровень сигнала,
необходимый для его демодуляции, дБм
0
0
3
'7
а
b
с
d
7
е
y=e+(-108+cQ101og(3840/12,2)
-121,1
50
3
1,5
3
Параметры модели распространения
Запас на медленные замирания, дБ
Потери на трассе распространения, дБ
Потери на проникновение, дБ
Параметры NodeB
Усиление антенны NodeB, дБ
Потери в кабеле NodeB, дБ
Требуемая ЕГОР (эквивалентная
изотропная излучаемая мощность), дБм
Требуемая мощность для одного абонента
на границе соты, дБм
Я
h
i
i
-113,6
k=f-a+h+i+j
8
144,1
0
I
n
о
18
3,3
p
q
38,5
r=k+o+n+l
23,8
s=r-p+q
В качестве радиуса обслуживания сектора выбирается максимальное
расстояние между базовой станцией и мобильным терминалом, при котором
возможно предоставление абоненту сервиса PS 64 Кбит/с в обратном канале.
62
По аналогии проведены расчеты для пакетных сервисов с технологией
доступа WCDMA Release'99. Результаты расчетов представлены в табл. 2.4.
Основные отличия при расчете требуемой мощности для пакетных сервисов:
- отсутствуют потери мощности сигнала в теле человека;
- уменьшается требуемое отношение сигнал/шум и выигрыш от обработки
шумоподобного сигнала.
Таблица 2.4
Результаты расчетов требуемой мощности передатчика NodeB
CS AMR 12,2
PS64
PS 144
PS384
Требуемое
отношение
сигнал/шум,
дБ
5
4
3
3
Вьшгрыш от
обработки
широкополосно
го сигнала, дБ
25
17,8
14,8
10
Потери на трассе
распространения
на границе соты,
дБ
144,1
144,1
144,1
144,1
HSDPA
2
12
144,1
Тип сервиса
Требуемая мощность*
передатчика БС для
одного абонента на
краю соты, дБм/Вт
23,8/0,2
31,9/1,5
34,5/2,8
38,7/7,4
Оставшаяся
мощность БС после
распределения между
каналами WCDMA
Из полученных данных можно сделать вывод, что сервис PS 384 при
нахождении абонента на границе соты требует около половины доступного
мощностного ресурса базовой станции. В табл. 2.5 представлено расчетное
максимальное
количество
абонентов в зависимости от типов
сервисов,
которых возможно обслужить на границе соты.
Таблица 2.5
Максимальное количество абонентов на границе соты
Тип сервиса
CS AMR 12,2
PS64
PS 144
PS384
Утилизация
местоположения
Максимальное количество абонентов на границе соты
32
10
6
2
мощностного
абонентов
в
ресурса
секторе,
запрашиваемой услуги. Расчет требуемой
63
базовых
от
станций
количества
зависит
от
абонентов
и
мощности на соединение для
абонентов, находящихся на краю соты показывает, что мощностной ресурс
базовой станции необходимо учитывать
при планировании и настройке
радиоподсистемы UTRAN и что нехватка данного ресурса может повлечь за
собой отказы в обслуживании абонентам.
Расчет бюджет радиоканала HSDPA производится на основе известной
загрузки сектора по мощности в прямом канале абонентами Release'99. По
окончанию расчета
возможно
оценить скорость
передачи
данных
для
абонента, находящегося на границе соты. Скорость у абонентов будет зависеть
не только от радиоусловий, но и от количества абонентов в соте и от
имеющихся ресурсов. В отличие от расчета бюджета радиоканала Release'99,
при расчете канала HSDPA необходимо учитывать следующие отличия [26,
27]:
- для радиоканала HSDPA не используется быстрое управление мощностью.
- при расчете радиоканала HSDPA не учитывается выигрыш от SHO, так как
он не используется.
- расчет канала HSDPA производится, основываясь на нагрузке, создаваемой
абонентами
Release'99.
Последовательность
расчета
бюджета
потерь
представлена в таблице 2.6.
В
том
случае,
когда
нагрузка
абонентов
WCDMA
велика,
зона
обслуживания протокола HSDPA в секторе может заметно сокращаться. В
связи с этим оператору необходимо контролировать нагрузку по мощности в
прямом канале и проводить своевременные расширения данного ресурса. В
противном случае влияние мощностного ресурса в прямом канале может
приводить к деградации качества обслуживания высокоскоростных абонентов.
64
t
Таблица 2.6
Расчет бюджета потерь в прямом канале
Параметры расчета
Общие параметры
Сервис
Модель канала
Модель распространения
Параметры NodeB
Максимальная мощность NodeB, дБм
Потери в кабеле NodeB, дБ
Потери в теле человека, дБ
Усиление антенны NodeB, дБ
EERP (Эквивалентная изотропная
излучаемая мощность), дБм
Параметры UE
Усиление антенныЦЕ, дБ
Потери в кабеле UE, дБ
Собственные шумы UE, дБ
Требуемое отношение Eb/No для
выбранного сервиса, дБ
Чувствительность приемника NodeB, дБм
Значения
Комментарии
HSDPA
TU3
Модель Ксиа-Бертрони
43
3,3
0
18
а
Ъ
с
d
e=a-b-c+d
0
0
7
f
g
i
J
fc=/+(-108+0-101og(16)
Загрузка сектора, %
Увеличение уровня интерференции,
связанное с загрузкой сектора, дБм
Выигрыш при использовании SHO, дБ
Минимальный уровень сигнала,
необходимый для его демодуляции, дБм
Параметры модели
распространения
Запас на быстрые замирания, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Потери на проникновение в зданиях, дБ
Допустимые потери на трассе
распространения, дБ
50
I
3
m=-101og(l-/)
1,5
n
o=k-f+m-n
3
8
0
P
r
s
t=e-o-p-r-s
В качестве временной меры для управления загрузкой мощностного
ресурса можно ограничивать суммарную мощность, выделяемую для каналов
WCDMA Release'99 или мощность высокоскоростных каналов (144 и 384
кбит/с).
65
2.5 РЕСУРС ПО УРОВНЮ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В ОБРАТНОМ КАНАЛЕ
Для расчета бюджета радиолинии для обратного канала сектора сети
WCDMA необходимо задаться основными характеристиками оборудования,
моделью радиоканала, определить набор услуг, для которых необходимо
выполнить расчет. Параметры оборудования,
используемые
в расчете,
представлены в табл. 2.7.
Таблица 2.7
Параметры оборудования NodeB и UE
Параметры оборудования
Максимальная мощность UE, дБм
Усиление антенны UE, дБи
Потери в АФУ UE, дБ
Усиление антенны NodeB, дБи
Потери в АФУ NodeB, дБ
Собственные шумы приемника NodeB, дБ
Значения
24
0
0
18
3
2,1
Примечания
а
b
с
d
е
f
Максимальные мощности мобильных терминалов, рекомендованные
3GPP в соответствии с классами мобильных терминалов, перечислены в табл.
2.8. Первый и второй классы мобильных терминалов включают в себя в
основном возимые станции, третий и четвертый классы - мобильные
терминалы для широкого круга потребителей. Для расчетов использовались
мобильные терминалы третьего класса мощности. Значения усиления антенн
базовой и мобильной станций и потери в АФУ
(Антенно-Фидерное
Устройство) выбраны в соответствии со значениями реальных устройств.
Таблица 2.8
Классы UE
Класс мощности
1
2
3
4
Номинальная максимальная мощность UE
+33 дБм
+27 дБм
+24 дБм
+21 дБм
Для расчета бюджета радиоканала необходимо задаться теми услугами,
для которых будет производиться расчет. В зависимости от требуемой
бб
скорости
передачи
данных
будет
меняться
выигрыш
при обработке
широкополосного сигнала по следующей формуле:
PG = 1 0 x l o g ( £ ) .
(2.16)
В (2.16) PG (Processing Gain, усиление после обработки широкополосного
сигнала), W - чиповая скорость WCDMA равная 3,84 Мчип/с a Rb - битовая
скорость, требуемая для передачи данных.
Таблица 2.9
Расчет бюджета'радиоканала вверх для услуги CS AMR 12,2
Параметры расчета
Общие параметры
Сервис
Модель канала
Модель распространения
Параметры UE
Максимальная мощность UE, дБм
Потери в кабеле UE, дБ
Потери в теле человека, дБ
Усиление антенны UE, дБ
ЕПЯР (Эквивалентная изотропная
излучаемая мощность), дБм
Параметры NodeB
Усиление антенны NodeB, дБ
Потери в кабеле NodeB, дБ
Шумовая картина NodeB, дБ
Требуемое отношение Eb/No для
выбранного сервиса, дБ
Значения
Комментарии
CS AMR12.2
TU3
Модель Ксиа-Бертрони
Чувствительность приемника NodeB, дБм
Загрузка сектора, %
Увеличение уровня RTWP, связанное с
загрузкой сектора, дБм
Выигрыш при использовании SHO, дБ
Минимальный уровень сигнала,
необходимый для его демодуляции, дБм
Параметры модели распространения
Запас на быстрые замирания, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Потери на проникновение, дБ
Допустимые потери на трассе
распространения, дБ
67
24
0
3
0
а
Ь
с
d
21
e=a-b-c+d
18
3,3
5,3
g
i=g+2
5
J
-122,9
£=/'+(-108+/)101og(3840/12,2)
50
/
3
m=-101og(l-/)
1,5
n
-139,4
o—k-f+m-n
3
8
0
P
r
s
149,4
t=e-o-p-r-s
f
В таблице 2.9
приведен пример расчета дальности радиосвязи по
обратному каналу в сети WCDMA для сервиса CS AMR12,2. При расчете
использовалась модель
канала TU3, то есть абонент перемещается
со
скоростью 3 км/ч в условиях городской застройки (urban/suburban). Модель
определяет запасы на быстрые и медленные замирания сигнала, которые
равны 8 и 3 дБ соответственно при условии 95% вероятности покрытия зоны
обслуживания соты.
Для рассматриваемого случая примем, что абонент находится на улице,
поэтому потери на проникновение равны нулю. Максимальная мощность
мобильного терминала равна 24 дБм, что соответствует классу мощности 3.
Значения усиления приемной антенны NodeB, потерь в антенно-фидерном
тракте
и шумовой
реального
картины приемника соответствуют
оборудования.
Выигрыш
от
использования
характеристикам
SHO
в
режиме
макроразнесения на приемной стороне выбран равным 1,5 дБ. В процессе
анализа учитывалась 50% нагрузка в секторе, так как в зависимости от нее
изменяется
уровень
RTWP
в
секторе,
который
характеризует
интерференционную картину в секторе.
Для рассчитанных ранее допустимых потерь на трассе распространения
при использовании сервиса CS AMR 12,2 дальность связи по обратному
каналу составит 690 метров. Задавшись требуемыми значениями сигнал/шум
для сервисов PS 64К, PS144K, PS 384К рассчитаем для них дальность
радиосвязи. Результаты расчетов приведены в табл. 2.10.
Таблица 2.10
Расчетные данные по дальности обслуживания в UL
Тип сервиса
CS AMR 12,2
PS64
PS 144
PS384
Требуемое
отношение
сигнал/шум, дБ
7
4
3,5
3
Выигрыш от обработки
широкополосного
сигнала, дБ
25
17,8
14,8
10
68
Допустимые потери
на трассе
Дальность
распространения, дБ радиосвязи, м
149,4
690
142
470
139
380
134,2
280
При расчетах бюджета радиоканала линии «вверх» важное значение
имеет интерференционная картина сектора, которая определяется абонентской
нагрузкой в обратном канале и дополнительной интерференцией, которая
может иметь различную природу происхождения.
На практике, для оценки интерференции в обратном канале сектора
WCDMA применяется параметр RTWP (Receive Total Wideband Power),
который равен сумме всей принимаемой антенной NodeB мощности и
включает сигналы от мобильных станций, обслуживаемых в данном секторе,
интерференционные помехи от мобильных станций соседних секторов,
тепловой шум и вероятные внешние помехи [29].
RTWP = ltotal = Iown + lother + Рп + Padd.
(2.17)
В (2.17) It0,ai - суммарная интерференция в обратном канале сектора сети
WCDMA, /он„ - интерференция, создаваемая абонентами данного сектора, Iother
- интерференция от абонентов соседних секторов, Рп - шумовой порог
приемника базовой станции, Paa-d - уровень внесистемных помех и помех,
связанных с некорректной конфигурацией соседских отношений в сети [30].
Интерференция, создаваемая абонентами данного сектора и абонентами
соседних секторов, приведенная к собственным шумам приемника базовой
станции обозначается параметром ROT (Rise Of Thermal). Этот параметр
удобен в теоретических расчетах, так как позволяет оценить влияние на
интерференционную картину абонентской нагрузки без учета внешних
факторов и характеристик аппаратуры базовой станции.
Шумовой порог приемника базовой станции Рп рассчитываются по
формуле
Рп = 10 х log(K х Т х W) + NF.
(2.18)
В (2.18) К=1.38*10"23 Дж/К - постоянная Больцмана, Т =290 К нормальная температура, W=3.84 МГц - рабочая полоса частот в сети
WCDMA. NF (Noise Figure) - собственные шумы приемника базовой станции.
Для современного оборудования NF значение NF лежит в пределах 2 дБ [31].
69
Тогда минимальный уровень RTWP в ненагруженнои изолированной соте
будет равен:
RTWP = 1Ша1
= Рп = - Ю б ^ М Г ц .
(2.19)
Суммарная интерференция от абонентов, обслуживаемых
в данном
секторе равна сумме мощностей мобильных терминалов.
где
Pj — принимаемые NodeB
мощности
мобильных
терминалов,
обслуживаемых сектором.
Интерференция для абонента j в секторе равна
(2-21)
h = hotal-Py
На приемной стороне при обработке сигнала последствием процедуры
дерасширения спектра сигнала является увеличение отношения сигнал/шум
полезного
сигнала.
Значение
коэффициента
усиления
сигнала
после
процедуры дерасширения спектра (PG, Processing Gain) определяется (2.16).
Тогда можно записать следующее равенство:
^
, Вт = 1 0 ~ ^ ~ = Р-± х PGj X —.
(2.22)
В (2.22) pj - коэффициент активности абонента.
Из
(2.16),
(2.21) и (2.22) получаем
выражение
для
принимаемой
приемником NodeB мощности оту'-го мобильного терминала:
р
_
Ьош
10
- 1 0^
w
(2>2
з)
1
*TTJ*JJ
Интерференция от мобильных терминалов, обслуживаемых в соседних
секторах, определяется эмпирическим путем:
/ = l^hsL,
'own
г д е / - коэффициент интерференции соседних сот.
70
(2.24)
Данный
коэффициент используется
в теоретических
расчетах
при
условии, что размеры сот одинаковые и абоненты в них распределены
равномерно. Для нормально спланированной сети коэффициент/ = 0,5...0,7.
Эти же значения применяются и в теоретических расчетах. В том случае,
когда / > 0,7 необходимо предпринимать шаги к снижению интерференции,
вносимой соседними сотами [32].
Возможными способами снижения интерференции от соседних
сот
является корректировка таких параметров, как мощности каналов PCPICH,
азимутов
антенн NodeB, углов
наклона антенн NodeB. Так
же
при
планировании важную роль играет размещение базовых станций: места
скоплений абонентов (hotspot) должны находиться как можно ближе к
базовым станциям.
Запишем выражение общей интерференции в обратном канале сектора
сети WCDMA, пользуясь (2.17) и (2.23):
hot
hotai = (1 + Я х Ъил
~ + Рп-
f
10
К
(2-25)
\NoJj
W 1
10 X-^X-i;
Обозначим:
1
!
w
R
j
г £йл.
Lij —
10
1'
Pj
(2.26)
10
где Lj - интерференционная нагрузка, которую создает один абонент на
изолированной соте.
Тогда получим:
kotal = hotal х (1 + /) X £f=1 Lj + Рп.
(2.27)
Преобразуя выражение (2.25) получим:
hotal =Рп*
i-(i+/)x£7=1L/
(2
'28)
Введем нагрузочный коэффициент сектора в обратном канале:
% i = ( l + / ) x I%ih71
(2.29)
Очевидно, что если нагрузочный коэффициент сектора т/щ—*1, суммарная
интерференция /,0,а/—*оо. В этом случае происходит самоблокировка соты с
полным отказом абонентам в предоставлении сервисов. Следует отметить, что
нагрузочные
коэффициенты от абонентов в секторе носят аддитивный
характер.
Для дальнейших
расчетов
необходимо
ввести понятие допуска
интерференцию в обратном канале сектора сети WCDMA.
Допуск
на
на
интерференцию ROT (Rise Of Thermal) равен [33]:
ROT =
hotai _
1
1
Pn
' 1-(1+/)X Ylj=1 Lj ' ' 1-7)VL
(2.30)
Если перевести эту величину ROT в дБ, то получиться следующее
равенство:
ROT = - 1 0 х log(l - т?^).
Графическая
зависимость
допуска
на
(2.31)
интерференцию
от
уровня
абонентской нагрузки в секторе представлена на рис. 2.9.
о > п о т о > п о > п о ^ - 1 0 > п о ю о 1 п о и - ) О т
Нагрузка в секторе, %
Рис. 2.9. Зависимость допуска на интерференцию от загрузки в секторе
Зависимость нелинейная, из чего можно сделать вывод, что рабочую
область
кривой
необходимо
ограничивать.
В
противном
случае,
в
загруженном секторе каждый новый абонент может стать причиной резкого
снижения качества обслуживания абонентов вплоть до самоблокировки соты.
72
Произведем расчет нагрузки, создаваемой одним абонентом для каждого
типа трафика, пользуясь формулой (2.26). Результаты расчетов отображены в
табл. 2.11.
Таблица 2.11
Нагрузка в обратном канале для типов сервисов сети WCDMA
Коэффициент
активности абонента
0,7
0,67
0,67
0,67
0,67
0,67
Требуемое отношение
сигнал/шум, дБ
5
4
4
3
3
2,5
Тип сервиса
CS AMR 12,2 кбит/с
PS 64 кбит/с
PS 144 кбит/с
PS 384 кбит/с
HSDPA 3,6 Мбит/с (UL 64)
HSUPA 1,4 Мбит/с
Нагрузка ,%
1,7
6,2
11,8
21,8
6,2
46,1
Рассчитанные значения нагрузки для абонентов с различным типом
трафика, приведенные в табл. 2.12 не учитывают влияния абонентов соседних
секторов (изолированный сектор). Для того чтобы рассчитать увеличение
уровня интерференции для абонентов с различным типом трафика необходимо
воспользоваться формулой (2.27). При этом предполагается, что нагрузка в
соседних в сотах распределена равномерно. На рис. 2.10 представлен график
зависимости увеличения уровня интерференции в секторе от количества
абонентов с голосовым сервисом CS AMR 12,2. Коэффициент/= 0,6.
1
1
1
1
1
1
1
1
а,--
-
-
-
У
^'
•*•"'
£
^
т—•"
Г
10
1
-
^
1
1
1
20
25
30
35
1
1
1
i
40
45
50
55
60
Количество абонентов
Рис. 2.10. Зависимость ROT от количества абонентов CS AMR 12,2 в секторе
73
График зависимости на рис. 2.9 позволяет определить, что критическую
нагрузку, приводящую к самоблокировке сектора, создают 57 абонентов с
голосовым сервисом CS AMR 12,2. Аналогично рассчитывается максимальное
количество абонентов и для остальных типов сервисов. Результаты сведены в
табл. 2.12 [34].
Таблица 2.12
Нагрузка в обратном канале для основных типов сервисов
Тип сервиса
CS AMR 12,2
кбит/с
PS 64 кбит/с
PS 144 кбит/с
PS 384 кбит/с
HSDPA 3,6 Мбит/с
HSUPA 1,4 Мбит/с
Нагрузка с учетом
интерференции соседних
секторов rin, %
Нагрузка г\, %
Максимальное
количество
абонентов в секторе
1,76
9,92
18,88
34,88
9,92
73,76
1,1
6,2
11,8
21,8
6,2
46,1
57
13
8
4
13
2
Оценим влияние коэффициента /, характеризующего интерференцию,
вносимую соседними секторами. Для примера возьмем голосовой сервис CS
AMR
12,2.
Зависимость
количества
абонентов,
которые
могут
быть
обслужены в секторе, от коэффициента/представлена на рис. 2.11.
35 |
О
1
1
02
04
1
г
Об
08
1
Значение коэффициента f
Рис. 2.11. Зависимость ROT от коэффициента f
74
12
14
На рис. 2.11 зависимость ROT от коэффициента/представлена для случая
с 30 голосовыми абонентами CS AMR 12,2. Анализируя зависимость можно
прийти к выводу, что влияние коэффициента / существенное. В том случае,
когда на практике в сети наблюдается сильное влияние соседних сот на
интерференцию в обслуживающей соте, необходимо регулировкой таких
параметров, как углы наклона антенн, азимуты и мощности пилотных каналов
PCPICH добиться снижения этого влияния. Эта задача по большей части
имеет отношение к планированию радиосети WCDMA и не рассматривается
подробно в работе.
Пользуясь графиком зависимости увеличения ROT от нагрузки в секторе,
представленной на рис. 2.8 можно оценить увеличение уровня интерференции
при возрастании нагрузке. Увеличение интерференции в секторе может
привести к тому, что у абонентов, обслуживаемых в секторе ухудшаться
радиоусловия. У тех абонентов, которые находятся ближе к границе радиуса
обслуживания соты, отношение сигнал/шум снизиться до значения меньше
минимально допустимого, в связи с чем произойдет либо обрыв соединения,
либо абонент перейдет по эстафетной передаче в сеть 2G. Данный эффект
называется «дыханием соты» и является крайне нежелательным с точки
зрения качества обслуживания абонентов.
Для того чтобы избежать существенного сокращения зоны обслуживания
сектора
WCDMA
производители
оборудования
предусматривают
возможность ограничения нагрузки в секторе. Для расчета текущей нагрузки
сектора можно ориентироваться на уровень RTWP, который включает в себя
абонентскую нагрузку. Оценка нагрузки производится по формуле:
rjUL
= l-
W^WPmn-RTWP^rrent^
(2.32)
где RTWPmm — минимальный уровень RTWP за сутки в секторе, RTWPatrrent
-
текущий уровень RTWP.
Минимальный уровень RTWP анализируется базовой станцией в час
наименьшей нагрузки (FH, Free Hour) в секторе, который выбирается
75
оператором. Как правило, в качестве минимальной нагрузки выбирается
среднее значение уровня RTWP за несколько ночных часов, например с 02:00
до 06:00.
У этого метода оценки нагрузки в секторе есть недостаток, который
заключается в том, что параметр RTWP включает в себя такие составляющие,
как
мощность
внесистемных
помех
и мощность
помех,
связанных
некорректной конфигурацией параметров эстафетных передач.
с
Характер
возникновения внесистемных помех может совпадать с профилем трафика: в
часы наименьшей загрузки мощность помехи может снижаться.
Альтернативным методом расчета абонентской нагрузки в секторе сети
WCDMA является введение такого параметра, как количество эквивалентных
абонентов, обслуживаемых в секторе. По графику зависимости параметра
ROT от нагрузки в секторе на рис.4.4, можно определить, что увеличение ROT
на 20
дБ
соответствует
примерно 98%
уровню
нагрузки
в
секторе.
Ограничимся этими величинами и примем, что увеличение уровня ROT на 20
дБ соответствует
максимальной нагрузке
в секторе WCDMA.
Это не
противоречит общности суждений, так как при нагрузке 98 % добавление
любого нового абонента в секторе может привести к эффекту самоблокировки
соты.
Тогда
одним
эквивалентным
соединение, установленное
абонентом
является
такое
новое
в секторе, которое приведет к увеличению
значения ROT на ОД дБ. Тогда в секторе возможное максимальное значение
эквивалентных абонентов равно 200. Управляя этим параметром, оператор
может
искусственно
ограничить максимально допустимую
абонентскую
нагрузку в секторе с целью предотвращения эффекта «дыхания соты». В том
случае, когда абонентская нагрузка достигает установленных максимальных
значений, оператору
необходимо
предпринимать
меры
по
увеличению
емкости сети путем введения в эксплуатацию дополнительных
частот.
76
несущих
Определение значений максимально допустимой абонентской нагрузки в
сотах сети WCDMA является важным процессом настройки, поскольку дает
возможность максимизировать трафик и, соответственно, выручку оператора.
2.6 РЕСУРС ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛА ИНТЕРФЕЙСА ШВ
Интерфейс
lub
используется
между
базовыми
станциями
и
контроллерами радиоподсистемы RNC. Ширина полосы пропускания может
является ограничивающим фактором при высокой загрузке соты. В этом
случае у абонентов снижается скорость передачи данных, а при дальнейшем
росте нагрузки возможны отказы в предоставлении сервисов. Необходимо
отметить, что интерфейс lub в отличие от мощностного и кодового ресурса
является ресурсом не конкретной соты, а базовой станции. Таким образом,
данный ресурс делится между всеми сотами и поэтому на практике довольно
часто является узким местом для прохождения трафика.
Интерфейс lub организуется на базе двух распространенных технологий:
ATM (Asynchronous Transfer Mode) и IP (Internet Protocol). У некоторых
производителей оборудования возможно организовать совмещенный вариант
трансмиссии для интерфейса lub ATM+IP. Рассмотрим подробнее методы
организации интерфейса lub
и расчет нагрузки для данного
ресурса
различными сервисами.
Технология ATM представляет собой разновидность метода коммутации
пакетов
и
рассматривается
как
набор
протоколов
для
применений,
ориентированных на соединения с гарантированным качеством обслуживания,
означающим выделение необходимой полосы пропускания и обеспечение
минимальных задержек [34, 35]. Исходное сообщение после представления в
цифровой форме и перед передачей в сеть связи разделяют на протокольные
блоки фиксированной длины, равной 48 байтам. Каждый протокольный блок
дополняют служебной частью - заголовком размером 5 байт, формируя
77
ячейки ATM (cell) размером 53 байта. Заголовок содержит адресную часть,
элементы защиты заголовка от ошибок и другую служебную информацию,
необходимую
для
Последовательность
гарантированной
ячеек
ATM,
доставки
ячеек
принадлежащих
через
одному
сеть.
сообщению,
передают через виртуальные соединения (постоянные или коммутируемые),
поддерживаемые коммутаторами ATM, в которых обрабатывают
только
заголовки ячеек. При прохождении ячеек через коммутатор ATM ячейки
накапливаются в промежуточных буферах коммутатора, что обеспечивает
возможность статистического использования сетевых ресурсов. Обработку
ячеек в коммутаторе ATM (анализ адреса, защита от ошибок, управление
потоком ячеек) осуществляют на втором уровне эталонной модели OSI. На
стороне адресата ячейки ATM освобождают от заголовков и собираются в
единую
последовательность,
из
которой
затем
формируют
исходное
сообщение.
Технология ATM
распространена в сетях
сотовой
связи
и часто
применяется для организации интерфейса lub между базовыми станциями и
контроллерами радиосети. Физически интерфейс реализуется
на основе
потоков Е1 (2,048 Мбит/с). Очевидно, что емкости одного потока Е1 не
достаточно для организации lub интерфейса для базовой станции, сектора
которой
поддерживают
протокол
передачи
данных
HSDPA.
Поэтому
интерфейс lub организуется с помощью нескольких потоков Е1, которые
объединяются в один канал с помощью технологии IMA (Inverse Multiplexing
over ATM, инверсное мультиплексирование потоков). В связи с тем, что при
объединении потоков Е1 в IMA группу информационные биты на выходе идут
в обратном порядке, технология называется инверсной [36].
Максимальное количество потоков Е1, которые могут быть объединены в
одну
IMA
группу,
ограничиваются
оборудованием
базовой
станции:
количеством электрических портов для потоков Е1 и производительностью
процессоров.
Данные
характеристики
78
у
различных
производителей
оборудования могут отличаться. На практике, ограничивающем фактором
является возможность организации необходимого количества потоков Е1 для
базовой
станции. Особенно
остро
эта
проблема
стоит
в регионах
с
малоразвитой инфраструктурой проводной связи.
IMA
1 5
Е1
Е1
4 3 2 1
1 2 3 4
Е1
Е1
Рис. 2.12. Объединение потоков Е1 в IMA группу
Данная технология
не является единственной
при решении
задач
объединения потоков. Возможен вариант, когда для организации интерфейса
IuB используется часть потока STM-1 (Synchronous Transfer Mode, режим
синхронной передачи данных по оптическим сетям), скорость которого
составляет 155,2 Мбит/с.
В общем канале интерфейса Iub формируются логические каналы, по
которым передаются
абонентские данные, сигнализация и информация
управления базовыми станциями. Абонентские данные могут быть разделены
и
переданы
по разным
логическим
каналам для
реализации
гибкого
управления разными типами данных. При организации интерфейса Iub на базе
технологии
ATM
логические
каналы
передачи
абонентских
данных
называются AAL2PATH. В соответствии с типом передаваемых абонентских
данных, как правило, формируются 4 логических канала AAL2PATH (ATM
Adaptation Layer Type 2):
- AAL2PATH1: голосовой CS трафик;
- AAL2PATH2:
PS Real
Time трафик, пакетный трафик с высокими
требованиями к задержке передачи данных, например трафик класса Streaming
79
(потоковый трафик), используемый для передачи голосового трафика по
технологии IP (VoIP) или видео изображения в реальном времени;
- AAL2PATH3:
PS Non Real Time трафик, пакетный трафик с низкими
требованиями к задержке передачи информации, как правило используется
для передачи данных по технологии Release'99;
- AAL2PATH4/AAL2PATH5: PS Non Real Time трафик, пакетный трафик с
низкими требованиями к задержке передачи данных, предназначен для
передачи данных по технологии HSDPA/HSUPA.
Адресация
в протоколе ATM осуществляется
с помощью
8 байта
заголовка ячейки. В этом заголовке передаются поля VPI (Virtual Path
Identificator) и VCI (Virtual Channel Identificator). Каждый логический канал
имеет уникальные идентификаторы внутри данной сети. Принцип адресации
зависит от стратегии оператора. В качестве примера, идентификатор VPI
может быть присвоен различным базовым станциям, а идентификатор VCI
может служить для разделения логических каналов для конкретной базовой
станции.
Для управления базовой станции на базе протокола ATM формируется
постоянное виртуальное соединение (PVC, Permanent Virtual Connection) с
использованием технологии IPoATM (IP over ATM). С помощью этого
соединения оператор удаленно может изменять параметры базовой станции,
NodeB
периодически
отправляет
собранную
статистику.
Адресация
осуществляется на базе протокола IP (Internet Protocol).
Уровень сигнализации включает в себя три канала управления: NCP
(NodeB Control Plane), ССР (Connection Control Plane) и ALCAP (ATM Link
Control Application Protocol).
80
Control Plane
Management Plane
User Plane
SAAL Link
IPoAPVC
AAL2PATHs
IPoAPVC
AAL2PATH1 AAL2PATH2 AAL2PATH3
NCP
CCP
ALCAP
VPI=7, VCI=60,61,62
VPI=9, VCI=50,51...
Рис. 2.13. Структура логических каналов интерфейса lub при использовании
протокола ATM
Канал ALCAP является специфичным при организации интерфейса lub на
базе протокола ATM и необходим для синхронизации ячеек ATM. Канал ССР
используется
для передачи сигнализации, связанной с установлением и
поддержанием каналов трафика. В нем передаются команды от RNC к
мобильным станциям, которые обслуживаются базовой станцией. По каналу
NCP передается сигнализация, необходимая для установления соединения
между RNC и NodeB. Также в этом канале передается информация об
утилизации ресурсов NodeB, благодаря которой RNC может принимать о
включении в работу алгоритмов, настроенных оператором.
Благодаря преимуществам протокола ATM возможно гибкое управление
трафиком на интерфейсе lub, что является важным фактом в условиях высокой
загрузки сети. Протокол ATM позволяет применять различные настройки QoS
(Quality of Service) для разных типов трафика. Основным конкурентом
протокола ATM является протокол IP. Данный протокол является наиболее
распространенны в мире и благодаря его развитию в области приоритезации
пакетов появилась возможность его применения для передачи Real Time
трафика.
В
IP сетях
распределение
сетевых
ресурсов,
в
первую
очередь
пропускных способностей трактов, осуществляют в соответствии с принципом
81
best effort. Данный принцип предполагает, что сетевые ресурсы распределяют
между различными приложениями на равных условиях в зависимости от
объема трафика. При этом отсутствует жесткое закрепление ресурсов за
любым двухточечным соединением. Трафик обрабатывают с максимально
возможной производительностью, но любые гарантии по времени доставки
пакетов отсутствуют [32, 33]. Достоинством принципа best effort являются
эффективное использование канального ресурса
и простота реализации.
Отсутствие гарантированных задержек в сетях IP (по существу, отсутствие
гарантированного
качества
обслуживания)
не
является
сдерживающим
фактором при реализации в сети таких услуг, как электронная почта или WEB.
В то же время задержки, даже весьма незначительные по абсолютной
величине, а также вариации задержек становятся серьезной проблемой и
начинают играть весьма негативную роль в таких приложениях, как IP
телефония, в службах передачи потокового видео.
Для решения данной задачи Комитет IETF предложил большой набор
моделей и механизмов поддержки QoS, которые разделены на две группы интегрированного и дифференциального обслуживания. Рабочая
Integrated Services Working Group разрабатывала
модель
группа
представления
интегрированного обслуживания (или IntServ), основанную на принципе
интегрированного
модель
резервирования
интегрированного
ресурсов.
Механизмы,
реализующие
должны
обеспечивать
обслуживания,
взаимодействие всех сетевых устройств для поддержки любого уровня QoS
вдоль пути передачи определенного потока пакетов. Наиболее детально среди
механизмов группы IntServ проработан протокол RSVP (Resource reSerVation
Protocol).
Механизмы
группы
IntServ
относят
к
группе
методов,
гарантирующих «жесткое» или абсолютное качество обслуживания.
Протокол RSVP является наиболее известным представителем группы
механизмов
интегрированного
обслуживания.
представляет
собой протокол сигнализации, в соответствии
82
По
существу,
RSVP
с которым
осуществляют резервирование и управление ресурсами с целью гарантии
«жесткого»
качества
обслуживания.
Резервирование
производят
для
определенного потока IP - пакетов перед началом передачи этого потока.
Идентификацию потока (определение пакетов, принадлежащих
одному
потоку) осуществляют по специальной метке, размещаемой в основном
заголовке каждого пакета IPv6. После резервирования пути начинается
передача пакетов данного потока, обслуживаемых на всем межконцевом
соединении с заданным качеством. Поскольку RSVP является только
протоколом
сигнализации,
он
должен
быть
дополнен
одним
из
существующих протоколов маршрутизации, а также набором механизмов
управления трафиком, включающих контроль установления соединений (Call
Admission Control), классификацию пакетов
(Packet Classifier,
PC) и
планирование очередей (Packet Scheduling) для обеспечения требуемых
показателей
качества обслуживания. Отметим, что механизмы
IntServ
напоминают механизмы обслуживания потоков, реализованные в технологии
ATM.
Требование
поддержки
гарантированных
показателей
качества
обслуживания в сетях IP ведет к тому, что постепенно разница между
механизмами обслуживания потоков в сетях ATM и IP будет исчезать. Но при
этом будут исчезать и те достоинства сетей IP, которые обеспечили быстрое
продвижение этих сетей на рынок. Несмотря на возможности протоколов
группы IntServ, реализация и развертывание методов интегрированного
обслуживания
связаны
с
определенными
трудностями,
особенно
в
территориально распределенных сетях. В частности, необходимо учитывать
возможность перегрузки маршрутизаторов и переполнения накопителей в
сетевых узлах при большом числе одновременно обслуживаемых потоков.
Кроме
того,
протоколы
группы
IntServ
не
отвечают
требованиям
масштабируемости. Достаточно высокими оказываются и требования к
маршрутизаторам с точки зрения набора обязательных механизмов (RSVP,
САС, PC и PS).
83
Высокие требования, которые должны быть обеспечены при реализации
протоколов группы IntServ, привели к необходимости создания более гибких
механизмов обеспечения QoS. Разработка методов дифференцированного
обслуживания
несколько отстает
от методов
IntServ. Методы
DiffServ
составляют группу механизмов, которые в отличие от методов IntServ
обеспечивают относительное или «мягкое» качество обслуживания. Основная
идея механизмов DiffServ состоит в предоставлении дифференцированных
услуг
для
набора
классов
трафика,
отличающихся-
требованиями
к
показателям качества обслуживания. Одним из центральных понятий модели
DiffServ
является соглашение
Agreement,
SLA),
об уровне
представляющее
обслуживания
(Service
собой контракт между
Level
клиентом и
провайдером услуг. В контракте определяются основные характеристики
(профиль) трафика, формируемого в оборудовании пользователя, и параметры
QoS, предоставляемые провайдером. Контракт SLA может быть статическим
(согласовывается на длительный период) или динамическим (определяется
для каждого сеанса). В последнем случае для запроса требуемого уровня QoS
должен использоваться сигнальный протокол (например, RSVP).
В модели DiffServ архитектуру сети представляют в виде двух сегментов
- пограничных участков и' ядра. На входе в сеть в узле доступа (пограничном
маршрутизаторе) пакеты классифицируют (механизм Traffic
Classification)
для того, чтобы выделить пакеты одного потока, характеризуемого общими
требованиями к качеству обслуживания. Затем трафик подвергают процедуре
нормирования (механизм Conditioning). Нормирование трафика предполагает
измерение параметров
параметрами,
трафика и сравнение результатов
оговоренными
в
контракте
SLA.
Если
измерений с
условия
SLA
нарушаются, то часть пакетов может быть отброшена. При необходимости
поток
пакетов
Shaping).
проходит
Магистральные
через
устройство
маршрутизаторы,
профилирования (механизм
составляющие
ядро
сети,
обеспечивают пересылку пакетов в соответствии с требуемым уровнем QoS.
84
Требования к необходимому набору показателей качества обслуживания
задают в специальном однобайтовом поле каждого пакета - в октете Type of
Service (ToS) протокола IPv4 или в октете Traffic Class (ТС) протокола IPv6. В
модели DiffServ это поле называют DS - байтом. Содержание DS - байта
определяет
вид предоставляемых
услуг. Первые два
бита
определяют
приоритет пакета, следующие четыре - требуемый класс обслуживания
пакета в узле. Класс обслуживания здесь обозначает механизм обработки и
продвижения пакета из данного узла к следующему узлу (Per-Hop Behavior,
РНВ) в соответствии с необходимым качеством обслуживания. Определены
два класса обслуживания для модели DiffServ. В документе RFC2598 описан
класс «срочной доставки»
(Expedited Forwarding, EF), обеспечивающий
наивысший из возможных уровней для приложений, требующих доставки с
минимальными задержками и джиттером.
Второй класс обслуживания, получивший название «гарантированной
доставки» (Assured Forwarding, AF), представлен в документе RFC2597. Класс
гарантированной доставки поддерживает уровень качества обслуживания
более
низкий, чем
класс
срочной доставки,
но более
высокий, чем
обслуживание best effort. Внутри этого диапазона QoS класс AF определяет
четыре типа трафика и три уровня отбрасывания пакетов. Таким образом,
класс AF обеспечивает возможность обслуживания до 12 разновидностей
трафика
в
зависимости
от
набора
требуемых
показателей
качества
обслуживания.
Разработанные
механизмы
разделения
трафика
для
протокола
IP
позволили применять его для организации интерфейса lub. Поддержка
протокола
IP
преимуществом,
на
базовых
так
как
станциях
позволяет
и
RNC
оператору
является
несомненным
использоваться
широко
распространенные IP сети.
Физически
интерфейс
lub
протоколу
несколькими способами:
85
IP может
быть
реализован
-
Ethernet/Fast Ethernet, в зависимости от возможностей оборудования;
-
с помощью потоков Е1 (например, формирование единого канала 10
Мбит/с с помощью пяти потоков Е1, что соответствует пропускной
способности обычного Ethernet канала).
На рис. 2.14 показана структура логических каналов интерфейса Iub на
базе протокола IP.
Management
Control Plane
User Plane
Plane
UDP
SCTP link
NCP(VLANID
CCP(VLANID
+Destination
+Destination
SCTP Port}
SCTP Port)
IP route
1PPATH1
IPPATH2
IPPATH3
(RT)
(NRT)
(HSDPANRT) {HSUPANRT}
IPPATH4
Рис. 2.14. Структура логических каналов интерфейса Iub при использовании
протокола IP
В
основном структура логических
каналов Iub при использовании
технологии IP идентична структуре логических каналов при использовании
протокола ATM. Отличием является отсутствие логического канала ALCAP,
характерного для технологии ATM. Уровень сигнализации включает в себя
два канала NCP и ССР. Их назначение остается неизменным, а меняется
только принцип разделения этих каналов. При использовании протокола IP
логические каналы сигнализации разделяются с помощью идентификатора
VLAN
(Virtual Local
Area Network)
и SCTP
портов
(Stream
Control
Transmission Protocol). Уровень управления базовой станцией включает в себя
канал управления, который маршрутизируется в отдельной IP сети.
Уровень передачи пользовательских данных имеет несколько логических
каналов
IPPATH,
по
которым
передаются
различные
типы
трафика.
Разделение пакетов по логическим каналам происходит с помощью поля
DSCP (Differentiated Service Code Point) в заголовках IP пакетов. Данное
разделение трафика соответствует технологии DiffServ. В зависимости от
стратегии
оператора,
возможно
формирование
86
различного
количества
логических
каналов. В
качестве
примера можно
привести
следующее
разделение:
- IPPATH1: голосовой CS трафик (имеет минимальные значения поля DSCP,
что соответствует максимальному приоритету в IP сети);
- IPPATH2: PS Real Time трафик, передача потокового видео;
- IPPATH3: PS Non Real Time трафик, данные не критичные к задержкам, как
правило, используется для передачи данных
с помощью классической
WCDMA Release'99;
- IPPATH4/IPPATH5: PS Non Real Time трафик, данные не критичные к
задержкам, как правило, используется для передачи данных с помощью
высокоскоростных протоколов HSDPA/HSUPA.
Благодаря реализации возможности разделения трафика технология IP
активно внедряется в сети сотовой связи, в том числе и в интерфейсе Iub
радиоподсистемы.
Производители
оборудования
радиоподсистемы
сетей
сотовой связи WCDMA предусматривают применения обоих протоколов для
реализации
интерфейса
между
базовыми
станциями
и
контроллерами
радиосети. Возможны варианты применения гибридной схемы, когда часть
трафика, включающая в себя голосовой трафик и трафик реального времени,
передаются с помощью технологии ATM, а пакетные сервисы, некритичные к
задержкам, могут устанавливать
соединения с помощью IP протокола,
включая и вариант аренды IP каналов у сторонних операторов.
Необходимо отметить, что организуемые на пользовательском уровне
логические каналы (AAL2PATH или IPPATH) можно конфигурировать в
зависимости от политики оператора. Для определенных типов трафика можно
установить ограничения на пропускную способность в процентах от общей
пропускной способности интерфейса Iub. В работе на начальном этапе
предусматривается, что ресурс интерфейса Iub является общим для всех типов
трафика.
87
Пропускная
способность
интерфейса
Iub
становится
заметным
ограничивающим фактором в сетях WCDMA, особенно после внедрения
протоколов высокоскоростной передачи данных. Большинство мобильных
терминалов выпущенных на данный момент с поддержкой работы в сетях
WCDMA
поддерживают
и работу
протокола
HSDPA
3,6
Мбит/с (UE
категории 6). Тогда один абонент на интерфейсе Iub занимает два потока Е1.
При увеличении числа абонентов, обслуживаемых базовой станцией, скорость
у абонентов будет снижаться, равномерно распределяясь между ними.
Часть ресурса Iub интерфейса занимают каналы сигнализации NCP, ССР,
ALCAP (в случае использования технологии ATM) и канал управления.
Каналы сигнализации характеризуются типом сервиса CBR (Constant Bit Rate,
постоянная скорость
соединения) и имеют
самый высокий. Такой же
приоритет имеет и канал управления базовой станцией. В сумме эти каналы
занимают полосу около 400 кбит/с.
Оставшаяся пропускная способность интерфейса Iub после учета каналов
управления и сигнализации также не может быть использована полностью для
передачи абонентских данных. Обе технологии ATM и IP для маршрутизации
и идентификации передачи данных
имеют заголовки
пакетов, поэтому
эффективность использования пропускной способности интерфейса Iub не
равна 100%.
В целом для технологии IP эффективность использования пропускной
способности канала является сложным вопросом, в зависимости от настроек
интерфейсов и приложений размер передаваемого пакета может меняться, но
для простоты вычислений предполагается, что она равна 85%. Тогда для
расчетов в работе принято, что для пользовательских данных пропускная
способность рассчитывается по следующей формуле:
Tuser = 0.85 х (Tall - 400).
(2.33)
В формуле Tall - физическая пропускная способность канала, Tuser пропускная способность канала для пользовательских данных. В табл. 2.13
88
представлены данные по пропускной способности каналов интерфейса lub в
зависимости от их конфигурации.
Таблица 2.13
Реальная пропускная способность канала lub
Эффективная пропускная способность
абонентских данных, кбит/с
1360
3060
4760
6460
8160
8194
Конфигурация канала интерфейса lub
ATM,
ATM,
ATM,
ATM,
ATM,
IP, Ethernet
lxEl
2хЕ1
3xEl
4xEl
5xEl
10 Мбит/с
Расчет загрузки ресурса lub и уровня блокировок производится на
основании гарантированных скоростей передачи данных. Как и для кодового
ресурса, для ресурса пропускной способности канала lub предполагается, что
гарантированная скорость передачи данных для услуг,
использующих
технологию доступа WCDMA Release'99, равна номинальной. Изменения
гарантированной
скорости
передачи
данных
возможно
только
при
использовании технологии высокоскоростной передачи данных HSDPA с
возможными значениями 64, 144 и 384 Кбит/с.
2.7 РЕСУРС ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ ПРОЦЕССОРОВ NODEB
Канальные
элементы
производительность
(Channel
процессоров
Elements,
базовой
станции
СЕ)
и
характеризуют
могут
являются
ограничивающим фактором, влияющим на пропускную способность сектора и
качество обслуживания абонентов при высокой абонентской нагрузке. По
сравнению с сетями сотовой связи второго поколения, базовые станции
WCDMA
абонентов,
способны
поэтому
одновременно
обслуживать
производительность
большее
процессоров
количество
становится
дополнительным ресурсом радиоподсистемы [33]. Можно выделить три
89
основные типа процессоров, которые обрабатывают абонентские данные и:
сигнализацию в NodeB:
- DSP 1 (Digital Signal Processor) - процессор, отвечающий за канальное;
кодирование информации абонентов, передаваемой по радиоканалу;
- DSP 2 - процессор, отвечающий за модуляцию и демодуляцию сигналов;
радиоканала;
- DSP 3 - процессор, отвечающий за декодирование информации абонентов,
передаваемой по обратному каналу.
Наибольшая нагрузка, как правило, ложится на DSP 3, поскольку oi^:
отвечает за алгоритмы декодирования сигнала и исправление ошибок.
Количество канальных элементов, активируемых
на базовой станции;,
соответствует возможному проценту загруженности этих процессоров. Общйз^
ресурс канальных элементов, которые впоследствии оператор распределяет?
между базовыми станциями, в виде файлов лицензий хранятся на RNC. r i p j j
закупке оборудования у производителя оператору выдается ограниченно ^
количество лицензий на канальные элементы. В случае необходимости;
последующие лицензии закупаются у производителя отдельно,
поэтому
оператору необходимо оптимально распределять лицензии между базовыми
станциями, ориентируясь на их загрузку.
Производительность
процессоров
зависит
от
производителя:
оборудования. Для наглядности расчетов рассмотрим базовую станцито
WCDMA DBS3800 производства компании Huawei. Блок BBU (Base B a n d
Unit)
отвечает
за
трансмиссионную
часть
NodeB, в нем
находятся
процессорные платы канального кодера, декодера, модуляции. Блоки.. RR~Q
(Remote Radio Unit) являются приемопередатчиками, в которых происходит
обработка радиосигналов, перенос на рабочую частоту и согласование с А ф V
Один блок BBU базовой станции DBS3806 имеет ограниченный р е с у р с
процессорной емкости. Максимальное количество канальных элементов
90
которое может быть установлено и эффективно использоваться такой базовой
станцией равно 192 в обратном канале и 256 в прямом канале.
RE.U2
KRU1
ш.
KRU3
вви
Рис. 2.15. Основные блоки БС WCDMA DBS3800 Huawei
Стоит отметить, что начальное распределение
лицензий канальных
элементов на базовых станциях равномерно и их количество не равно
максимальному
значению.
Таким
образом,
на
нагруженных
станциях
необходимо увеличение лицензий за счет их уменьшения на недогруженных
станциях с низким уровнем трафика. Поскольку нагрузка на NodeB может
меняться, подвергаясь, в том числе и сезонному влиянию, распределение
лицензий является непрерывным процессом на сети.
Задачей
управления
использования
ресурса
лицензий
канальных
элементов сводится к расчету их минимального количества, необходимого на
базовой станции, при котором абоненты не будут получать
предоставлении
сервисов.
Расчет
производится
на
основании
отказы в
данных,
предоставляемых производителем оборудования об использовании канальных
элементов различными типами подключений. Информация по оборудованию
DBS3806 компании Huawei представлена в табл. 2.14.
Сервис HSDPA не использует лицензии канальных элементов, обработка
данных происходит на отдельных
процессорах
и не ограничивается
производительностью. Однако канал A-DCH использует данный ресурс.
91
их
Таблица 2.14
Использование процессорной емкости типами соединений
Тип устанавливаемого
соединения
Необходимо количество
канальных элементов в
UL
Необходимо количество
канальных элементов в
DL
1,00
1,00
1,00
3,00
5,00
10,00
1,00
2,00
4,00
8,00
-
-
20,00
2,00
RRC соединение, включающее
все сигнальные процедуры
RAB соединение CS AMR 12,2 кбит/с
RAB соединение PS 64 кбит/с
RAB соединение PS 144 кбит/с
RAB соединение PS 384 Кбит/с
RAB соединение HSDPA
RAB соединение HSUPA
В таблице 2.15 сведены данные по использованию канальных элементов
при использовании технологии HSDPA.
Таблица 2.15
Использование процессорной емкости соединениями HSDPA
Канал
HS-PDSCH
HS-DPCCH
UL A-DCH (DPCCH) 64 кбит/с
DL A-DCH (DPCCH) 64 кбит/с
Необходимо количество
канальных элементов в UL
-
Необходимо количество
канальных элементов в DL
0
0
3
-
-
1
-
При расчете необходимого количества канальных элементов следует
учитывать следующие моменты:
-
расчет необходимого количества канальных элементов производится для
базовой станции, которая по умолчанию включает в себя три сектора;
-
при использовании технологии HSDPA скорость передачи данных по
каналу A-DCH может быть увеличена до 128 кбит/с в хороших радиоу'словиях
для более быстрой передачи подтверждений о полученных пакетах;
-
технология
HSDPA
является
более
выгодной
с
точки
зрения
использования канальных элементов, однако, HSUPA занимает большую долга
ресурса и требует отдельного рассмотрения.
92
2.8 ВЫВОДЫ
Основные результаты исследований в данной главе:
1. Разработана
концепция
поддержкой
технологий
отвечающих
за
управления
параметрами
высокоскоростной
управление
нагрузкой
сети
передачи
на
ресурсы
WCDMA
данных
с
HSPA,
радиоподсистемы.
Рассмотрены основные методы управления абонентской нагрузкой в сетях
WCDMA;
2. Для декомпозиции ресурсов радиоподсистемы сети WCDMA (мощностной
ресурс
базовой
станции
интерференция
в
в
прямом
обратном
канале,
канале,
ресурс
кодовый
ресурс
пропускной
сектора,
способности
интерфейса Iub, ресурс производительности процессоров базовой станции)
разработаны математические модели расчета нагрузки;
3. В результате приведенного анализа физических процессов, определяющих
природу ограничений по каждому ресурсу, определены основные критерии
работы алгоритма САС. Сделаны выводы о ключевых вопросах, требующих
изучения и рассмотрения в следующих разделах: изучение влияния различных
факторов
на
загрузку
радиоподсистемы
и
настройка
параметров
для
повышения качества обслуживания абонентов;
Таким
необходимые
образом,
глава
содержит
для
понимания
основополагающие
процессов
использования
аспекты,
ресурсов
радиоподсистемы абонентами и описание ограничений для декомпозиции
ресурсов. На основании проведенного
анализа механизмов
утилизации
ресурсов радиоподсистемы и разработанной концепции управления загрузкой
ресурсов радиоподсистемы выбрано дельнейшее направление исследований,
связанных с разработкой имитационной модели влияния загрузки ресурсов
радиоподсистемы
программного
на
качество
обеспечения
по
обслуживания
абонентов
автоматическому
ресурсами.
93
и
управлению
разработке
данными
Глава 3. ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ РЕСУРСОВ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ НА КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ
АБОНЕНТОВ
3.1 ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Для разработки программного комплекса по управлению
ресурсами
радиоподсистемы в соответствии с предложенной концепцией необходимо на
базе
рассмотренных
радиоподсистемы
физических
сети
WCDMA
процессов
с
поддержкой
утилизации
ресурсов
технологий
HSPA
и
разработанных математических методов расчета загрузки определить влияние
основных параметров радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов.
Данную задачу предлагается решить с помощью метода имитационного
моделирования.
Для разработки
имитационной модели
влияния загрузки
ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов необходимо создать
модель
абонентской
нагрузки,
которая
будет
учитывать
следующие
параметры:
- распределение абонентов между услугами и технологиями доступа к сети;
- усредненный коэффициент активности абонентов с пакетной передачей
данных;
- распределение абонентов по удаленности от центра зоны обслуживания
сектора;
- среднюю пропускную способность канала HS-PDSCH.
На
базе
утвержденной
модели
абонентской
нагрузки
необходимо
разработать имитационные модели влияния загрузки ресурсов на качество
предоставляемых
отдельности.
необходимо
сервисов
Изменением
добиться
для
каждого
основных
улучшения
ресурс
параметров
качества
94
радиоподсистемы
в
радиоподсистемы
обслуживания
абонентов
и
наиболее корректного распределения ресурсов между технологиями доступа
^
услугами.
Для сравнения влияния загрузки ресурсов радиоподсистемы необходикх-о
провести имитационное моделирование влияние абонентской нагрузки
совокупность
ресурсов
радиоподсистемы.
С
помощью
i^
a
параметров
радиоподсистемы необходимо добиться равномерной загрузки ресурсов.
По результатам
имитационного моделирования делаются
формируются рекомендации для применения настроек и
выводы
-^
конфигурацх^д
ресурсов радиоподсистемы в реальной сети WCDMA.
3.2
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО ФОРМИРОВАНИЮ МОДЕЛИ А Б О Н Е Н Т С К О Й
НАГРУЗКИ
И
ОСНОВНЫЕ
ХАРАКТЕРСТИКИ
ИМИТАЦИОННОЙ
МОДЕЛИ
Поскольку
процесс
моделирования
воспроизводит
алгоритма САС, соблюдая логическую и временную
процесс
работЬ1
последовательность
анализа загрузки ресурсов радиоподсистемы, модель является и м и т а ц и о н н о й
Для разработки корректной имитационной модели влияния загрузки р е с у р с о в
радиоподсистемы
сети
WCDMA
на
качество
обслуживания
абонентов
необходимо задаться основными параметрами модели трафика и п о в е д е ы ц я
абонентов, к которым относятся:
- распределение абонентов по услугам и технологиям доступа;
- усредненный коэффициент активности абонентов с услугами п а к е т н о й
передачи данных;
- распределение абонентов по удаленности от центра зоны обслуживания
сектора;
- средняя пропускная способность одного канала HS-PDSCH (SF=16).
В
работе
технологиям
для
доступа
расчета
распределения
и расчета
абонентов
усредненного
95
по
услугами
и
коэффициент активности
пакетных абонентов используются среднестатистические данные, полученные
из реальной сети WCDMA.
Средняя пропускная способность одного канала HS-PDSCH получена в
результате проведения тестирований на тестовом стенде.
Распределение абонентов по услугам и технологиям доступа к сети
выбирается исходя из статистических данных реальной сети WCDMA и не
изменяется
на
протяжении
всего
процесса
моделирования.
Данное
распределение являются принципиальным и влияет на расчет загрузки всех
ресурсов радиоподсистемы.
На рис. 3.1 представлен график распределения абонентов между услугами
и технологиями передачи данных. Распределение является приближенным к
показателям реальной сети и основано на статистических
данных по
количеству запросов на предоставление канала: 40% от общего числа запросов
на установление соединений приходится на HSDPA, 30% на голосовые
вызовы и оставшиеся 30% равномерно распределены между соединениями с
пакетной передачей данных WCDMA Release'99.
PS384R'99
PS 144R'99
':•
"40%
30%
• 10%
10%
10%
Рис. 3.1. Распределение активных абонентов в секторе по сервисам
Кроме ограничений по рассматриваемым в работе типам RAB (в реальной
сети могут использоваться RAB: PS 8 К, PS 16 К, PS 32 К, PS 128 К, CS AMR
4,75 К и т.д.), не учитываются все сигнальные соединения RRC, которые так
же занимают часть ресурсов радиоподсистемы.
96
Коэффициент активности абонентов с пакетной передачей данных
также является очень важной величиной, влияющей на загрузку большинства
ресурсов радиоподсистемы: интерференция в обратном канале, мощностной
ресурс прямого канала, ресурс пропускной способности интерфейса Iub.
Для CS соединений принято, что коэффициент активности абонента равен
0,6. Для пакетных соединений коэффициент активности абонентов в общем
случае аналитически не рассчитывается, однако его можно оценить, сделав
следующие предположения:
-
активность абонентов с HTTP (Hyper Text Transfer Protocol, протокол
передачи гипертекста) трафиком, который генерируется при просмотре web
страниц, принимается равной 0,5;
- активность
абонентов
с трафиком типа Р2Р (Peer-to-Peer), который
генерируется,
в том числе
при использовании протокола Bit Torrent,
принимается равной 1.
Исходя из соотношения объемов трафика HTTP и Р2Р (как двух наиболее
распространенных) оценим среднюю активность пакетных абонентов в сети.
На рис. 3.2 показано распределение трафика между трафиком HTTP и Р2Р по
времени за сутки.
100
ы
90 80
4 70
&
S
as
«и
5
а.
со
СЗ
и доля р2р
трафика, %
60 50
40
30
20
10
0
• доля http
трафика, %
о о
о о
о о о
о о о
о о о о
о о о о
о о о
о о о
— с — | — 1 — |
о о
о о
«н —ч «N — < — ( — I
о о о
о о о
N
М
О)
N
Время, ч.
Рис. 3.2. Распределение трафика по протоколам HTTP и Р2Р в течение суток
97
В среднем за сутки распределение трафика между типами соотносится
как 52% р2р и 48% http. Среднюю активность пакетных абонентов можно
рассчитать по формуле
= Тргр х 1 + ТНТТР х 0,5,
KPS
(3.1)
где KpS - коэффициент активности пакетных абонентов, ТР2р - доля трафика
р2р от общего трафика, ТНТТР - доля трафика HTTP от общего объема трафика.
Тогда кривая средней активности пакетных абонентов в течение
суток
меняется следующим образом (рис. 3.3).
Си
Й
о
о
X
оа
к
ш
о
н
К
Ь*
=
<я о
ас
0.95
0.9
0.85
0.8
0.75
0.7
0.65
0.6
0.55
0.5
о
о
O
о
о
-
'
N
n
^
i
f
l
C
h
8 8 8 8
O
O
a
O
о
о
-
i
о
о
N
m
^
i
n
i
8 8 8
C
h
l
»
Время, ч.
Os
О
—'
Г4 СП
-
(N
N
N
1
N
Рис. 3.3. Средняя активность пакетных абонентов за сутки
Средняя активность пакетных абонентов в течение суток меняется в
зависимости от распределения трафика по типам и в случае усреднения по
суткам составляет 0,775. Однако наибольший интерес вызывает промежуток
времени с максимальным трафиком (максимальной абонентской нагрузкой).
На рис. 3.4 представлен суточный профиль трафика по сети.
Час наибольшей нагрузки (ЧНН) по пакетному трафику приходится на
23:00. В это время, исходя из распределения трафика по типам, средний
коэффициент активности пакетных абонентов составляет 0,68.
98
8.00
о
о
О
о
о
«У
о
о
о
о
CN СО
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
о
Время, ч.
Рис. 3.4. Распределение объема передаваемого трафика за сутки
Распределение абонентов по удаленности от центра зоны обслуживания
сектора для реализации имитационной модели выбрано равномерным с
минимальным ограничением 20 метров (с учетом высоты подвеса антенн), а
максимальным ограничением, равным радиусу зоны обслуживания сервиса PS
64 К в обратном канале.
Для расчета пропускной способности кодового ресурса, выделяемого
абонентам, необходимо задаться средней пропускной способностью, которую
обеспечивает один код SF=16. Данное значение зависит от типа манипуляции,
применяемой в радиоканале, выбор которой в свою очередь определяется
качество радиоканала. В расчетах имитационной модели выбрана усредненная
пропускная способность для радиоканала с одним кодом SF=16 равная BHsPDSCH=600
кбит/с по результатам измерений на тестовом стенде.
На рис. 3.5 представлен
график зависимости
скорости
от уровня
принимаемого сигнала от базовой станции.
Средняя
скорость
по удаленности
абонента
от
базовой
станции
составляет 573 кбит/с. Выбранная скорость для одного кода, равная 600
кбит/с, лежит в пределах
5% погрешности позволяя упростить
расчет.
Эксперимент с зависимостью скорости от уровня принимаемого сигнала
99
проводился тестовой изолированной базовой станции и модемом
HSDPA
категории 7 с максимальной скорость передачи данных 3,6 Мбит/с. Д л я пула
HSDPA был выделен один код HS-PDSCH. Ограничения по о с т а л ь н ы м
ресурсам радиоподсистемы отсутствовали.
Отношение сигнал/шум, дБ.
Рис. 3.5. Зависимость скорость передачи данных от уровня принимаемого
сигнала при использовании одного кода HS-PDSCH
Полученные результаты и допущения используются для формирования
абонентской нагрузки в имитационной модели влияния загрузки ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов.
3.3 ИМИТАЦИОННАЯ МОДЕЛЬ ВЛИЯНИЯ ОГРАНИЧЕНИЙ РЕСРУСОВ
НА КАЧЕСТВО ОБСЛУЖИВАНИЯ АБОНЕНТОВ
Для
создаваемой
имитационной
модели
необходимо
определить
требования и допущения. К требованиям можно отнести:
- учет влияния соседних секторов на уровень интерференции в секторе сети
WCDMA;
100
- учет влияния некорректной конфигурации радиоподсистемы
(описание
соседских отношений) и внешних источников интерференции на общую
интерференционную картину сектора;
- возможность применения различных законов распределения абонентов в
зоне покрытия;
возможность
применения
различных
моделей
распространения
в
зависимости от морфологии местности;
- учет реального распределения абонентов по типам сервисов;
- учет коэффициент активности абонентов для голосового
и пакетного
сервисов;
- учет приоритетности голосовых абонентов над пакетными.
Для
упрощения
реализации
имитационной
модели
принят
ряд
допущений, которые оказывают влияние на результат моделирования, но
сохраняют общность рассуждений и корректность получаемых выводов:
- модель абонентской нагрузки однородна в рассматриваемом кластере;
- морфология местности однородна;
- не учитываются переходы и эстафетные передачи в сеть 2G (GSM/GERAN)
которые для реальной сети могут различаться в зависимости от типа доступа и
услуги (WCDMA R'99 CS, WCDMA R'99 PS, HSDPA);
- учет количества занятий основан на статистике по суммарному количеству
попыток установления соединений все типов RAB - не всегда отображает
загрузку сети;
-
не учитывается
длительность
соединения -
процесс
моделирования
дискретный с проверкой попадания абонентов в зону обслуживания и
перегрузок в секторе;
не
учитываются
дополнительные
функциональности
программного
обеспечения RNC: изменение скорости передачи данных в зависимости от
объема передаваемых абонентами данных, изменение типа RAB в зависимости
от радиоусловий;
101
- не учитывается нагрузка от сигнального обмена на уровне RRC, который
включает в себя процедуры Location Area Update, Routing Area Update,
установление каналов передачи данных и проч.
-
скорость
передачи
данных
при
высокоскоростном
доступе
HSDPA
ограничена значением 3,6 Мбит/с, технология высокоскоростного доступа
HSUPA рассматривается отдельно на основе тестирований, проведенных на
тестовом стенде.
Рассмотрим влияние абонентской нагрузки на декомпозицию ресурсов
радиоподсистемы.
3.3.1 КОДОВЫЙ РЕСУРС
Алгоритм
работы
имитационной
модели
для
кодового
ресурса
радиоподсистемы в виде блок-схемы представлен на рис. 3.7. Первая часть
алгоритма отвечает за сбор входных данных, необходимых для проведения
расчетов имитационной модели. Блок 1.1 является генератором абонентской
нагрузки.
Суммарное количество абонентов, которые одновременно обслуживаются
в секторе, является случайной величиной с равномерным распределением в
установленных пределах. Для модели минимальный предел распределения
выбран равным нулю. Максимальный предел для распределения суммарного
количества абонентов выбран равным 60 активным абонентам в секторе. В
процессе моделирования максимальное возможное количество абонентов в
секторе постепенно возрастает.
К, = RANDfa; f,},
(3.2)
где С; - минимальное количество одновременно обслуживаемых абонентов в
секторе, а § - максимальное количество абонентов, Ki - количество активных
абонентов в секторе.
102
Ui = [0,S ...55]
U ; = [5,10... 60]'
(3.3)
Максимальное значение для имитационного моделирования выбрано
равным 60, поскольку даже по теоретическому расчету данное количество
абонентов создадут нагрузку по всем ресурсам, превышающую допустимые
значения.
Далее полученное число активных абонентов распределяется
между
услугами и технологиями доступа в соответствии с моделью рис. 3.1.
В блоке 1.2 агрегируется информация по конфигурации кодового дерева в
секторе. Она включает
в себя количество кодов SF=128, занимаемых
служебными каналами, конфигурацию пула HSDPA и таблицу утилизации
кодового ресурса голосовыми и пакетными абонентами WCDMA R'99 (табл.
2.2).
Количество каналов A-DPCH зависит от количества активных абонентов
HSDPA в секторе. Для каждого активного абонента HSDPA необходимо
формировать свой канал A-DPCH для управления мощностью обратного
канала HS-DPCCH. Коэффициент расширения канала A-DCH равен SF=256.
1. Входные паоаметоы модели
Блок 1.1 Количество активных абонентов в секторе, распределение абонентов по
сервисам
Блок 1.3 Значения GBR для услуг
пакетной передачи данных
Блок 1.2 Конфигурация кодового
ресурса сектора
2. Расчет загрузки и уровня блокировок
Блок 2.1 Расчет уровня блокировок
Блок 2.2 Расчет загрузки кодового
Блок 2.3 Оценка скорости пакетной передачи данных для абонентов HSDPA
Рис. 3.6. Блок-схема алгоритма симулятора для нагрузки по кодовому ресурсу
юз
Количество
кодов,
используемых
в
пуле
HSDPA,
выбирается
в
зависимости от абонентской нагрузки. В таблице 3.1 указаны возможные
конфигурации распределения кодового ресурса между технологиями WCDMA
R'99 и HSDPA без учета утилизации ресурса каналами управления.
Таблица 3.1
Возможные варианты распределения кодового ресурса Release'99/HSDPA
Кодовый ресурс
сектора, SF=128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
128
Кодовый ресурс
HSDPA, SF=16
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
Кодовый ресурс
HSDPA, SF=128
40
48
56
64
72
80
88
96
104
112
Кодовый ресурс
R'99, SF=128
88
80
72
64
56
48
40
32
24
16
Распределение кодового ресурса регулируется в зависимости от нагрузки
в указанных пределах. Нижний порог по количеству кодов для пула HSDPA
выбран из тех соображений, что пропускная способность сектора для HSDPA
не должна быть ниже 3,6 Мбит/с. Верхняя граница обусловлена запасом
кодового ресурса, который должен оставаться для обслуживания голосовых
абонентов.
В блоке
1.3 хранится информация о назначенных для всех
RAB
гарантированных скоростей передачи данных GBR.
Таблица 3.2
GBR для используемых типов сервисов
Тип сервиса/технология доступа
Гарантированная скорость передачи данных (GBR), кбит/с
Голосовой сервис CS AMR 12,2
16
Пакетный сервис PS 64 К
64
Пакетный сервис PS 144 К
144
Пакетный сервис PS 384 К
384
Пакетный сервис PS HSDPA
64/144/384
104
В соответствии с табл. 3.2 все сервисы с пакетной передачей данных
WCDMA Release'99 имеют гарантированные скорости передачи
данных
равные своим номинальным скоростям, а для технологии доступа HSDPA
гарантированная скорость может изменяться. GBR является
глобальным
сетевым параметром и устанавливается на уровне RNC.
Во второй части алгоритма производится расчет выходных параметров
имитационной модели к которым относятся блокировки по кодовому ресурсу
для голосовых
технологии
и пакетных абонентов в зависимости от
передачи
данных.
Кроме
блокировок
используемой
производится
расчет
утилизации ресурсов кодового дерева и оценка средней скорости пакетной
передачи данных для абонентов HSDPA. Оценка средней скорости пакетной
передачи данных проводится только для HSDPA абонентов.
Блокировки по кодовому ресурсу, как и остальные выходные данные
имитационной модели
нагрузки
по кодовому
ресурсу,
рассчитываются
отдельно для технологий WCDMA R'99 и HSDPA, поскольку данный ресурс
жестко разграничивает эти технологии.
Для расчета блокировок по кодовому ресурсу для абонентов WCDMA
R'99 предварительно необходимо рассчитать утилизацию кодового ресурса
данными абонентами:
CoVSF_R99
=
LQS * Ncs
+ Lp564 * ^ Р 5 6 4 + ^PS144 * ^Р5144 + ^PS384 * ^PS384-
(3-4)
В (3.4) LCs, Lps64, LpSj44, LPS384 ~ утилизация кодового ресурса абонентами с
соответствующими RAB (табл. 3.2), NCs, NPS64,
^PSM4,
Л^&Ш
~ количество
абонентов с соответствующими RAB.
Блокировки по кодовому ресурсу появляются в том случае, когда
CoVSFJR99 > C()VSF_R99_MAX'
где
COVSF_MAX
(3.5)
- максимальное количество кодов SF=128, зарезервированное
для абонентов WCDMA R'99. В зависимости от конфигурации кодового
ресурса значение
C0VSF_R99_MAX
можно определить по табл. 3.1 учитывая при
этом конфигурацию служебных каналов и количество абонентов HSDPA.
105
В том случае, когда условие (3.5) выполняется, загрузка кодового ресурса
приравнивается 100%, а блокировки для голосовых и пакетных абонентов
рассчитываются по формулам:
PBLK_CS_OVSF — Ю0 * — ^
(3-6)
и
PBLK_PS_OVSF — 100 *
.
—
(3.7)
В (3.6) и (3.7) CCS_OVSF и CPS_OVSF - количество голосовых и пакетных^
соединений с отказами в предоставлении сервисов, DCs и DPS - количество
успешно установленных соединений с голосовыми пакетными услугами.
В том случае, когда условие (3.5) не выполняется, рассчитываете
утилизация кодового ресурса для абонентов WCDMA R'99
D
— LCS*NcS
M/77L OVSF R99 —
+ LPS64*NpS64+LpS144*NpSl44
г
+ L<PS384*NpS3e4
•
,^ _ ^
W - cS. ^
Расчет уровня блокировок для абонентов HSDPA основывается
конфигурации
кодового
ресурса
сектора
и
гарантированной скорости передачи данных
установленном
^
ь^;
значен
GBR [34]. Блокировки
х-^
кодовому ресурсу возникают в том случае, когда
NHSDPA * GBRHSDPA
> BHS-PDSCH * CQVSF HSDPA-
(3 _
В (3.9) NfjsDPA - количество активных абонентов HSDPA в с е к т о р » ,
GBRHSDPA
~ гарантированная скорость для абонентов HSDPA, BHS-PDSCFJ-
установленная средняя пропускная способность одного канала H S - P D S C ^ ^ t - j СOVSF HSDPA
- максимальное количество кодов SF=128, выделенных для пгх^^-^
HSDPA.
В том случае, когда условие (3.9) выполняется, утилизация к о д о ^ ^ ^
ресурса абонентами HSDPA приравнивается 100%. Средняя скорость в ^ - х случае равна гарантированной скорость передачи данных для абонех-х-^HSDPA.
106
Уровень блокировок по кодовому ресурсу рассчитывается в соответствии с
формулой:
D
—
^BLKJHSDPA
где
CHSDPA_OVSF
OVSF —
-1 г\г\ * £ CHSDPA_OVSF
1 U U
,~
^Гр.
Л ^HSDPA
*
>
~N
л
(i.lU)
- количество абонентов, получивших отказ в предоставлении
услуг по причине кодового ресурса,
CHSDPA -
общее количество абонентов,
запросивших соединение HSDPA.
Если блокировки по кодовому ресурсу
PBLK_HSDPA_OVSF=®,
рассчитываются
загрузка ресурса и средняя скорость передачи данных, приходящаяся на
абонента HSDPA. Средняя скорость для абонента HSDPA рассчитывается по
формуле:
Т
—
B
HS-PDSCH*CQVSF
I HSDPA_OVSF -
Для
расчета
учитывается,
что
утилизации
^
кодового
максимальная
HSDPA
^
/о
.
ресурса
скорость
высокоскоростной передачей данных ограничена
1 1\
(3.11)
абонентами
для
одного
THSDPA_MAX=3
HSDPA
абонента
с
>6 Мбит/с. Тогда
формула для расчета загрузки ресурса:
ТУ
_
KOVSF
= 100 *
-1ПП
^
N
HSDPA*THSDPA_OVSF
,
.
п
л
п
ч
(3.12)
°HS-PDSCH*CoVSF_HSDPA
В реальных сетях для устранения блокировок по кодовому ресурсу кроме
перераспределения кодов между технологиями доступа WCDMA
HSDPA
и изменения гарантированной скорости передачи
R'99 и
данных
для
абонентов HSDPA возможно использовать низкоскоростные кодеки для
передачи речевой информации. Также стоит отметить, что часть кодового
ресурса может быть зарезервирована для SHO, что так же влияет на
максимальную абонентскую нагрузку. В имитационной модели данные факты
не учитываются ввиду сложности их реализации и различия в оборудовании
производителей.
Далее
рассмотрим
результаты
расчетов
имитационной
модели
абонентской нагрузки и ее влияние на качество обслуживания абонентов в
зависимости от конфигурации кодового ресурса.
107
Зависимость скорости
передачи данных для абонентов HSDPA от конфигурации кодового P ^ ^ C v n c
представлена на рис. 3.7.
наи
Из полученных зависимостей можно сделать вывод, что
бсь_г,ьш
влияние на скорость передачи данных HSDPA увеличение кодового P ^ c v D c a
HS-PDSCH
оказывает
в
области
невысокой
абонентской
нагруз>^и
увеличением нагрузки скорость передачи данных для абонентов
снижается
и
незначительно
изменяется при различных
р
bJSDPA
конфигурациях
кодового ресурса. Необходимо отметить, что блокировки для
а
бо:ыентов
HSDPA по причине нехватки кодового ресурса для установления с о е д и : ц е н и
гарантированной скоростью наблюдаются только при конфигурации с
пятью
кодами HS-PDSCH при максимальной абонентской нагрузке и составил t-j JQ™
4000
<
3500
Си
Q
К
1
1 ^
3000
2500
2000
| I 1500
8.
1)
с
1000
А
500
о
о
0
Н
О.
I*
U
Колчество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.7. Зависимость скорости передачи данных HSPDA от абонентской
нагрузки в секторе при различных конфигурациях кодового р е с у р С а
При использовании конфигурации с тринадцатью кодами и увеличении
абонентской нагрузки в секторе возникает ситуация, когда количество колов
для WCDMA Release'99 становится равным нулю. При этом невозможно
устанавливать новые соединения как голосовым и пакетным абонентам
WCDMA Release'99, так и абонентам HSDPA, поскольку нет р е с у р с а
установления канала A-DCH. Такая ситуация является неприемлемой,
данная конфигурация не используется для дальнейших расчетов.
108
ПОЭТОМУ
На рис. 3.8
и 3.9
представлены зависимости уровней блокировок для
голосовых и пакетных сервисов WCDMA Release'99 от абонентской нагрузки
в секторе при различных конфигурациях кодового ресурса. Из результатов
имитационного моделирования можно сделать вывод, что выделение 13 кодов
с коэффициентом расширения SF=16 для пула HSDPA приводит к высоким
уровням блокировок для голосового и пакетного сервисов для данного
распределения абонентов по запрашиваемым ресурсам.
о
90
c
-
—'<
>
СП
i
/
-
)
t
ч~,
'
«
^
.
O
'
П
u
•
О
'
>
•
'
'
О
0
>
•
'
О
0
•
©
'
Ш
m
.
l
O
'
О
.
'
^
/
•
О
-
)
'
•
O
Ю
i
o
©
'•
О
Ю
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.8. Зависимость уровня блокировок для голосового сервиса от
абонентской нагрузки при различных конфигурациях кодового ресурса
Для конфигурации с тринадцатью кодами HS-PDSCH возможна ситуация
с полной блокировкой сектора для абонентов WCDMA
Release'99.
Для
дальнейших расчетов примем, что конфигурация кодового ресурса сектора
включает десять кодов HS-PDSCH исходя из уровня блокировок для трафика
Release'99 и скорости пакетной передачи данных для технологии HSDPA.
На качество обслуживания абонентов HSDPA с точки зрения кодового
ресурса
также
оказывает
влияние значения
гарантированной
передачи данных, установленное в контроллере радиосети.
109
скорости
60
^50
о
и
CU
о
Я
3
о
ю
аа
О
^40
аа
о.
8 30
X
я 20
OJ н
о ц
<н ю
К
>.
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.9. Зависимость уровня блокировок для пакетных сервисов WCDMA
R'99 от абонентской нагрузки при различных конфигурациях кодового ресурса
Рассмотрим результаты имитационного моделирования данного влияния
при конфигурации кодового ресурса HS-PDSCH=10 и двух значений GBR: 144
кбит/с и 384 кбит/с. Гарантированная скорость передачи данных 64 кбит/с не
рассматривается, так как при GBR=144 кбит/с существенных блокировок для
абонентов HSDPA не наблюдается.
со
W1
m
о
о
(N
СП
in
о
in
о
СП
о
о
>п
in
1П
о
in
in
о
о
in
in
in
Колество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.10. Зависимость скорости передачи данных для абонентов HSDPA от
абонентской нагрузки в секторе для различных значений GBR
На рис. 3.11 представлена зависимость уровня блокировок для абонентов
HSDPA от абонентской нагрузки в секторе при изменении значения GBR. По
но
результатам
имитационного
моделирования
влияния
гарантированной
скорости передачи данных на качество обслуживания абонентов HSDPA
можно сделать вывод, что увеличение GBR со 144 кбит/с до 384 кбит/с
позволяет обеспечить более высокою скорость передачи данных, однако при
это резко возрастает уровень блокировок для абонентов HSDPA. В связи с
этим при дальнейших расчетах примем гарантированную скорость передачи
данных равную 144 кбит/с.
о
«о
о
—I
— I
CN
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.11. Зависимость уровня блокировок HSDPA от абонентской нагрузки
при изменении значения GBR
Значение гарантированной скорости передачи данных влияет на качество
обслуживания абонентов не только с точки зрения утилизации кодового
ресурса, но и с точки зрения такого ресурса, как пропускная способность
канала интерфейса Iub. В связи с этим влияние на качество обслуживания
значения параметра GBR рассматривается далее с учетом всех ресурсов
радиоподсистемы.
В
результате
имитационного
моделирования
получены
графики
зависимостей уровней блокировок для пакетного и голосового трафика при
ограниченном
кодовом
ресурсе
от
распределения
ресурса
между
технологиями доступа и от значения гарантированной скорости передачи
данных. Эти результаты позволяют принимать решения о настройках данных
ill
параметров в сети WCDMA для получения максимально возможного качества
обслуживания абонентов.
3.3.2 РЕСУРС МОЩНОСТИ В ПРЯМОМ КАНАЛЕ
Ресурс
мощности
в
прямом
канале
базовой
станции
является
единственным ресурсом радиоподсистемы, утилизация которого напрямую
зависит не только от количества абонентов и их распределения по типам
соединений, но и от распределения активных абонентов в зоне обслуживания
сектора.
Мощностной ресурс в прямом канале является общим для технологий
доступа WCDMA R'99 и HSDPA, однако действующее правило о том, что для
технологии HSDPA используется мощность базовой станции, которая остается
после ее распределения между абонентами WCDMA R'99, вносит некоторые
особенности в расчет утилизации данного ресурса. В соответствии с правилом
распределения мощности в прямом канале, увеличение нагрузки от абонентов
WCDMA R'99 влияет на радиус обслуживания сектора для технологии
HSDPA.
За радиус зоны обслуживания сектора с технологией доступа HSDPA
понимается тот радиус, в пределах которого абонент может получить хотя бы
один
код
HS-PDSCH и
Зависимость
аналитически
скорости
гарантированную
передачи
рассчитать
данных
сложно
из-за
скорость
от
передачи
состояния
влияния
данных.
радиоканала
характеристик
турбокодирования и системы HARQ. Поэтому поддержка гарантированной
скорости передачи данных при расчете мощностного ресурса радиоканала в
"к
модели не учитывается.
На рис. 3.12 представлена блок-схема имитационной модели влияния
абонентской нагрузки в прямом канале сектора сети WCDMA на качество
обслуживания абонентов.
112
1. Входные паоаметоы модели
Блок 1.1 Параметры
оборудования
базовой станции
Блок 1.2 Параметры
оборудования
мобильных станций
Блок 1.3 Параметры
моделей распространения
сигнала
Блок 1.5 Параметры
используемых сервисов
Блок 1.4 Мощностной
ресурс базовой станции
Блок 1.6 Параметры случайных процессов: количество активных абонентов в секторе,
распределение абонентов по удаленности, распределение абонентов по сервисам
Блок 1.7 Дополнительные настройки
2.
Предварительный расчет
Блок 2.1 Нагрузка в прямом
канале, создаваемая
абонентами R'99
Блок 2.2 Оценка остаточной
мощности для технологии
HSDPA
Блок 2.3 Оценка изменения радиуса обслуживания
сектора для технологии доступа HSDPА
Л
3,
Финальный расчет, отображение результатов симуляции
Блок 3.2 Расчет обрывов по
покрытию в обратном канале для
абонентов HSDPA
Блок 3.1 Расчет блокировок по
мощности в прямом канале для
абонентов WCDMA R'99
Рис. 3.12. Блок-схема алгоритма имитационной модели нагрузки в прямом
канале
Первая часть алгоритма отвечает за сбор и агрегацию входных данных,
необходимых для расчетов имитационной модели. К входным параметрам
относятся
параметры
оборудования
базовой
мобильных терминалов, параметры
распространения,
параметры
оборудования
конфигурация
используемых
мощностного
сервисов,
генератор
станции,
параметры
используемых
ресурса
базовой
абонентской
моделей
станции,
нагрузки
и
дополнительные параметры, необходимые для расчетов.
Параметры оборудования базовой станции, необходимые для расчетов,
представлены в табл. 3.3.
из
Таблица 3.3
Параметры оборудования БС
Параметры
Максимальная мощность передатчика базовой станции, дБм
Усиление антенны базовой станции, дБ
Потери в антенно-фидерном тракте, дБ
Собственные шумы приемника базовой станции, дБ
Значения
43
18
3,3
2
Максимальная мощность передатчика базовой станции, равная 4 3 дБм
или 20 Вт, является стандартизированной 3GPP [35]. Возможно увеличение
мощности передатчика в два раза, при условии наличия соответствующих
лицензий от производителя оборудования. Шумы приемника базовой станции
выбраны в соответствии со значениями реального оборудования базовой
станции DBS3800 производства компании Huawei [36].
В блоке
терминалов,
1.2 хранится информация о характеристиках
используемых
в процессе
имитационного
мобильных
моделирования.
Характеристики представлены в табл. 3.4 и являются типичными для
современных устройств.
Параметры оборудования мобильных терминалов
Параметры
Усиление антенны мобильного терминала, дБ
Потери в антенно-фидерном тракте мобильного терминала, дБ
Потери в теле человека, дБ
Собственные шумы приемника мобильного терминала, дБ
Таблица 3.4
^ ^
Значения
0
0
3/0
7
Потери в теле человека учитываются только для сервиса CS AMR 12.2,
для пакетных сервисов данные потери приравниваются нулю. Собственные
шумы приемника мобильного терминала, равные 7 дБ, соответствуют
характеристикам современных терминалов и являются усредненными
-
реальные значения варьируются в пределах 6...9 дБ.
Блок 1.3 отвечает за хранение параметров моделей распространения,
применяемых в расчетах имитационной модели. Запасы на быстрые и
медленные замирания устанавливаются перед процессом моделирования. По
114
умолчанию в соответствии с моделью TU3, запас на быстрые замирания Sfast=3
дБ, запас на медленные замирания Ssiow=8 дБ. В настройках имитационной
модели возможно изменение параметров моделей распространения для
адаптации к конкретным условиям.
В блоке 1.4 задаются параметры распределения мощностного ресурса
базовой станции между каналами трафика и каналами управления с учетом
запаса, необходимого для предупреждения перегрузок по мощности в прямом
канале. Данный запас выбирается из диапазона 0...10% от максимальной
мощности базовой станции. Для имитационной модели выбрано значение 5%.
Начальный уровень мощности канала PCPICH выбирается равным 10% от
максимальной мощности передатчика базовой станции. В реальной сети
утилизация мощности служенными каналами зависит от настроек параметров
переходов
между состояниями IDLE MODE, CELL_PCH, CELL_DCH,
CELL_FACH, от периода процедуры LAU и от многих других факторов. Для
дальнейших
расчетов, мощность остальных
служебных
каналов
также
принимается равной 10% ввиду сложности учета всех влияющих на
утилизацию мощности факторов. Тогда 20% мощности базовой станции
занимается служебными каналами. В настройках имитационной модели
базовые значения распределения мощности в прямом канале и защитный
интервал можно изменять.
В блоке 1.5 хранятся данные об используемых в расчетах сервисах. Эти
данные представлены в табл. 3.5.
1араметры сервисов
Тип сервиса
CS AMR 12.2
PS64
PS144
PS384
HSDPA
Использование
сервиса
+
+
+
+
+
Требуемое отношение
сигнал/шум, дБ
5
4
3
3
2
115
Выигрыш при обработке
шумоподобного сигнала, дБ
25
17,8
14,8
10
12
Блок 1.6 является генератором абонентской нагрузки. Кроме количества
активных абонентов и их распределения по типам сервисов, необходимо
учитывать распределение абонентов по удаленности от передающих антенн
базовой станции.
В блоке 1.7 учитываются дополнительные параметры, необходимые для
расчета влияния абонентской нагрузки. Эти параметры приведены в табл. 3.6.
Таблица 3.6
Дополнительные параметры имитационной модели
Дополнительный
параметр для расчетов
Описание
Р
Активность абонента
Значение в начальной
конфигурации
Для голосовых абонентов
устанавливается 0,6, для
пакетных 0,7
Коэффициент
неортогональности
скремблирующих кодов
Коэффициент интерференции
от соседних секторов
а
I
В условиях городской
застройки равен 0,6
В условиях городской
застройки равен 1,68
Вторая часть блок-схемы алгоритма имитационного моделирования
влияния абонентской нагрузки на качество
включает
предоставляемых
в себя расчет нагрузки, создаваемой
каждым
сервисов
абонентом в
зависимости от типа сервиса и расстояния до антенн базовой станции, расчет
мощности для технологии
HSDPA по остаточному
принципу, оценку
изменения радиуса зоны обслуживания для технологии HSDPA.
В блоке 2.1
производится расчет
нагрузки, создаваемой
каждым
отдельным активным абонентом WCDMA R'99 в зависимости от типа сервиса
и удаленности от передающих антенн базовой станции. Следует отметить, что
в отличие от реальной коммерческой сети, в имитационной модели не
устанавливаются ограничения на максимальную мощность, выделяемую для
определенного
типа
RAB.
Радиус
соты
определяется
дальностью
обслуживания для сервиса PS 64 при учете 50% нагрузки в секторе. Тогда все
остальные пакетные сервисы WCDMA R'99 могут быть установлены на
116
границе соты с мощностью, ограниченной только максимальной мощностью
передатчика базовой станции.
Требуемая мощность в прямом канале для у'-го активного абонента
рассчитывается по формуле (2.11), в которой Р^ - собственные тепловые
шумы приемника мобильного терминала, Et/N0 - требуемое отношение
сигнал/шум для данного сервиса, р - усредненный коэффициент активности
абонентов, Ртх - необходимая мощность базовой станции при заданной
абонентской нагрузке, а - коэффициент неортогональности скремблирующих
кодов, / - коэффициент интерференции от соседних секторов, L - потери в
прямом канале, W - чиповая скорость в сети WCDMA, Rj - битовая скорость
для данного сервиса. Тогда для расчета остаются неизвестными только потери
в прямом канале. Требуемая мощность Ртх рассчитывается для каждого нового
абонента.
Т.о. для первого абонента учитываются только те 20% мощности базовой
станции, которые занимаются служебными каналами, для второго абонента
учитывается мощность служебных каналов и первого абонента. Очередность
подключения абонентов к сети является случайным процессом с нормальным
распределением.
Потери в прямом канале для каждого
абонента рассчитываются
в
соответствии с формулой (2.7). Нагрузка, создаваемая каждым абонентом в
прямом канале сектора сети WCDMA, рассчитывается по формуле
rjDLJ
Pj
= 100*
,
_
(3.13)
где Pj - мощность для j'-ro абонента, Pmax - максимальная мощность базовой
станции, Psig — мощность каналов управления и сигнализации.
Общая нагрузка в прямом канале сектора rjDL рассчитывается как:
VOL R99 = 1 0 0 *
Ртх
кгтпах
117
(3.14)
r
sigJ
Блокировки по мощности в прямом канале сектора WCDMA возникают в
том случае, когда rjDLR99>100%.
Блокировки рассчитываются отдельно для
пакетных и голосового сервисов по формулам:
PBLK CS POW
=
ЮО *
^гг
(3.15)
и
C
D
_ Ш П „ ^ PS_POW
PBLK PS POW = 1 0 0 * —
- LDps
/о
.
t гл
(3.16)
В (3.15) и (3.16) CCs_pow и CPS_pow - количество голосовых и пакетных
соединений, получивших отказ в предоставлении сервисов по причине полной
загрузки мощностного ресурса в прямом канале.
В том случае, когда PBuc_csj>ow или PBLK_PS_POW больше нуля, для
технологии
HSDPA мощности не остается, возникают блокировки для
абонентов с высокоскоростной передачей данных. Дальнейшие расчеты не
производятся.
Если блокировки по голосовому и пакетному сервису, связанные с .
мощностным ресурсом прямого канала, равны нулю, рассчитывается радиус
зоны обслуживания для технологии доступа HSDPA. Оценка изменения
радиуса зоны обслуживания для технологии доступа HSDPA производится в
блоке 2.3. Зная загрузку мощностного ресурса абонентами WCDMA R'99
определяется оставшаяся мощность, которая может быть использована для
технологии HSDPA:
PHSDPA
В том случае, когда
=
(PtdAX ~ PsLg) * ( l ~ VDLR99J-
rjDL<50% расчет радиуса
(3.17)
зоны обслуживания не
происходит - сектор считается ненагруженным и мощность, выделенная для
технологии доступа HSDPA, достаточна для обслуживания абонентов. Если
rjDL>50%, производится расчет нового радиуса зоны обслуживания сектора.
Оценка количества абонентов с технологией доступа HSDPA, которые
оказываются за пределами зоны обслуживания сектора, производится в блоке
118
3.2. Для теоретического расчета примем, что у всех абонентов, оказавшихся
вне зоны обслуживания сети 3G, происходит обрыв соединения. Коэффициент
обрывов DCR для абонентов HSDPA рассчитывается по формуле:
DCR^HSDPA
t
~
100*
—
•
£ 0-HSDPA
l b „ S D p A -
(3.18)
В (3.18) ЬН5ОРА - количество абонентов HSDPA запросивших установление
соединения, aHSDPA - количество абонентов HSDPA, оказавшихся вне зоны
обслуживания HSDPA.
Рассмотрим
результаты
имитационного
моделирования
влияния
абонентской нагрузки в прямом канале на качество обслуживания абонентов.
В
настройках радиоподсистемы
возможно устанавливать
максимальную
мощность в прямом канале для всех абонентов WCDMA Release'99, тем самым
резервируя мощность для технологии доступа HSDPA.
X
и
О
Г*
СП
—<
С О
ю
О
V)
О
UO
1
-
О
iri
«п
СО
о
СО
^
О
О
I/O
>/о
о
«5
со
О
"1
о
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.13. Зависимость уровня блокировок для голосового сервиса от
максимальной мощности, установленной для абонентов WCDMA
Зависимость уровня блокировок для голосового сервиса от увеличения
абонентской нагрузки в секторе при различных значениях максимальной
мощности, которую могут использовать абоненты WCDMA R'99 представлена
119
на рис. 3.13. Максимальная мощность для абонентов WCDMA R'99 выбрана
равной 100%,90% и 80% соответственно.
Из графиков зависимостей видно, что при снижении максимальной
мощности для абонентов WCDMA R'99, пропорционально
увеличивается
уровень блокировок для голосового сервиса.
80
X
э
Я
70
для п
99,%
н
о
щ
60
50
о К 40
В «
О. о
a s
S £
™
2 R- 20
Ю
-0
а
о
а
о
Оч
О
10
0
>.
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.14. Зависимость уровня блокировок для пакетных сервисов WCDMA от
абонентской нагрузки при изменении максимальной мощности в прямом
канале
На рис. 3.14 представлены графики зависимостей уровня блокировок для
пакетных абонентов WCDMA R'99 от уровня абонентской нагрузки при
различных значениях максимальной мощности.
Кривые, характеризующие уровни блокировок для пакетных сервисов,
повторяют блокировки для голосового сервиса. Уменьшение максимальной
мощности для абонентов WCDMA Release'99 приводит к пропорциональному
увеличению блокировок.
Ограничение мощности для абонентов WCDMA Release'99 приводит к
тому, что радиус зоны обслуживания для абонентов HSDPA уменьшается в
ограниченном диапазоне. Это позволяет избежать высоких показателей по
обрывам соединений.
120
— I
СП
о
IT)
1У>
(N
О
en
m
о
in
•4-
о
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.15. Распределение суммарной мощности базовой станции при
ограничении максимальной мощности для абонентов WCDMA Release'99 с
увеличением абонентской нагрузки
Результаты расчетов имитационной модели представлены на рис. 3.16.
—i
со
m
1П
о
1П
О
in
о
>п
о
in
in
in
in
о
in
CN
о
in
со
О
in
о
СП
5F
in
о
in
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.16. Уменьшение радиуса зоны обслуживания абонентов HSDPA при
увеличении абонентской нагрузки в секторе и ограничении максимальной
мощности БС
На рис. 3.17 представлены результаты расчета модели для коэффициента
DCR.
Из проведенных расчетов имитационной модели влияния абонентской
нагрузки на мощностнои ресурс в прямом канале можно сделать вывод, что
121
для секторов с высокой абонентской нагрузкой необходимо
проведение
мероприятий, связанных с ограничением мощности для абонентов WCDMA
Release'99. Это связано с тем, что при неконтролируемом использовании
данного ресурса возможны ситуации, когда абоненты HSDPA могут оказаться
вне зоны обслуживания сектора, и будут либо работать с низкими скоростями
передачи данных, либо получат отказ в предоставлении сервиса.
—*
en
in
i
'
o
.
' . ' • ' • ' • ' •
o
v
"
>
o
i
n
o
—|
—I
м
cs
en
' • ' .
m
o
w
CO
^
'
-
•
>
Tf
'
•
o
'.
1П
«л
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.17. Зависимость величины DCR от абонентской нагрузки при
ограничении максимальной мощности для абонентов WCDMA Release'99
Из проведенных расчетов имитационной модели влияния абонентской
нагрузки на мощностной ресурс в прямом канале можно сделать вывод, что
для секторов с высокой абонентской нагрузкой необходимо
проведение
мероприятий, связанных с ограничением мощности для абонентов WCDMA
Release'99. Это связано с тем, что при неконтролируемом использовании
данного ресурса возможны ситуации, когда абоненты HSDPA могут оказаться
вне зоны обслуживания сектора, и будут либо работать с низкими скоростями
передачи данных, либо получат отказ в предоставлении сервиса.
Ограничение максимальной мощности в прямом канале приводит к
увеличению уровня блокировок для абонентов WCDMA Release'99, в том
числе и для голосовых абонентов. Увеличение блокировок как для голосовых,
122
так и для пакетных абонентов происходит пропорционально уменьшению
максимальной мощности в прямом канале.
Для уменьшения уровня блокировок для абонентов WCDMA Release'99
при
ограничении
максимальной
мощности
передачи
данных
можно
использовать несколько различных методов:
- эстафетная передача по сервису в сеть GSM/GERAN;
- ограничение по мощности только высокоскоростных сервисов WCDMA
Release'99;
расширение радиоресурсов за счет введения в эксплуатацию второй
несущей частоты.
При использовании эстафетной передачи по сервису для
перевода
голосовых абонентов в сеть GSM/GERAN необходимо иметь запас емкости
для обслуживания данных абонентов. В условиях высокой абонентской
нагрузки
сеть
второго
поколения может
быть
также
перегружена,
и
эстафетные передачи по сервису могут оказаться неудачным решением.
Данный вариант не рассматривается в модели, хотя на практике может быть
полезен для снижения загрузки сети 3G.
Вариант расширения радиоресурсов с помощью ввода в эксплуатацию
второй несущей частоты будет рассмотрен применительно ко всем «узким
местам» радиоподсистемы.
Для принятия решения об ограничении максимальной мощности для
высокоскоростных
RAB
WCDMA
Release'99 рассмотрим
распределение
мощности между данными абонентами. На рис. 3.18 представлена зависимость
средней мощности для PS WCDMA Release'99 RAB со скоростями 64, 144 и
384 кбит/с соответственно.
По
представленным
графическим
зависимостям
видно,
что
при
увеличении абонентской нагрузки, которая вызывает рост интерференции от
обслуживающей и соседних сот, увеличивается требуемая мощность в прямом
канале для обслуживания абонентов с заданным качеством.
123
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.18. Зависимость средней мощности в прямом канале для пакетных
сервисов от абонентской нагрузки
На рис. 3.19 показано распределение абонентов PS WCDMA Release'99 со
скоростями передачи данных 64 кбит/с, 144 кбит/с и 384 кбит/с по среднему
количеству обслуживаемых абонентов и по средней требуемой мощности в
прямом канале, необходимой для обслуживания абонентов. Из распределения
можно сделать вывод, что абоненты PS 384 кбит/с имеют наибольшее
значения коэффициента блокировок и требуют для обслуживания наибольший
мощностной ресурс. Для сравнения, средняя мощность для обслуживания
одного абонента PS WCDMA Release'99 со скоростью 384 кбит/с может
потребоваться мощность большая, чем для обслуживания абонентов HSDPA
во всем секторе.
Для уменьшения влияния пакетных абонентов WCDMA Release'99 на
абонентов
HSDPA
по
мощностному
ресурсу
прямого
канала
можно
ограничить максимальную мощность, которая может быть выделена для
абонентов с RAB PS 384 и PS 144. Такой метод позволяет освободить ресурсы
и для абонентов Release'99, как голосовых, так и низкоскоростных пакетных.
Рассмотрим влияние ограничения максимальной мощности для абонентов
PS 384 и PS 144 в прямом канале на качество обслуживания абонентов в
124
секторе WCDMA с высокоскоростной передачей данных HSDPA. При •=^ г максимальная мощность, которую могут использовать абоненты W C E ^ -•».
ом
Release'99 ограничена 90%.
CQ
4.5
CQ
<
4
3.5
3
2.5
2
1 5
S. | ь
1
и с| 0.5
0
н * £
R
..
дняя мощн
>м канале д
S WCDMA
О
PS 64
PS 144
PS 384
Используемые в сети пакетные сервисы WCDMA
Рис. 3.19. Средние значения используемой мощности и количества абоне:
для RAB PS WCDMA Release'99
По результатом имитационного моделирования можно сделать B b t j
~гов
ЪД
том, что ограничение максимальной мощности для пакетных
О
абоь^~
^^тов
WCDMA Release'99 повлияло на уровень блокировок, однако выигрыхд^
Для
голосовых абонентов незначителен. Это связано с тем, что освободиBjjj
Ийся
ресурс используют абоненты
PS 64, для которого ограничение р а
абонен
-^Иуса
обслуживания недопустимо.
80
а
О
В
ЕЁ
70
о
в
о
ю я
!1S
60
50
I I I 40
I i f зо
5§
к
О)
со
О
о
20
10
о.
О
Ю о
«о
—'
—'
<N
(N
О
—i m >о
ч~>
^
У О IO
Количество активных абонентов R
^ ^
с
шт.
екторс
Количество активных абонентов в
секторе, шт.
Рис. 3.20. Влияние ограничения максимальной мощности в прямом к а н а л
абонентов RAB PS 384 и RAB PS 144 WCDMA Release'99 на к а ч е с т в &
обслуживания абонентов
125
ДЛЯ
Влияние
ограничение
ограничения
максимальной
мощности
для
пакетных абонентов WCDMA Release'99 так же незначительно. В реальной
сети можно добиться лучших результатов в тех случаях, когда распределение
абонентов в зоне обслуживания сектора смещено к границам. Поэтому оценку
необходимо производить только для тех секторов, где удовлетворяется данное
условие. Кроме того, сильное влияние на результат будет иметь распределение
абонентов по технологиям доступа и скоростям передачи данных.
40
со1
m1
СП
г»
m
о
—
in
m
о
1
•
о
1П
—-*
m
CN
i
О
CN
О
СП
1
m
CN
in
СП
о
ГН
о
т
in
сп
m
t
о
*т
о
ш
in
1
тГ
in
о
1
о
in
in
in
>п
1
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.21. Влияние ограничения максимальной мощности в прямом канале для
абонентов RAB PS 384 и RAB PS 144 WCDMA Release'99 на радиус
обслуживания абонентов HSDPA
Дополнительной возможностью
расширения мощностного ресурса
в
прямом канале является увеличение максимальной мощности базовой станции
с 43 дБм до 46 дБм, то есть в 2 раза. При условии, что мощность канала
PCPICH останется неизменно, такое решение позволит устранить недостаток
мощности в прямом канале.
126
3.3.3 УРОВЕНЬ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В ОБРАТНОМ КАНАЛЕ
Рассмотрим функциональные модули имитационной модели нагрузки в
обратном
канале, входные
параметры
алгоритма
и алгоритмы
расчета
результатов.
Первый
функциональный раздел
включает
в
себя
сбор
входных
параметров и их адаптацию для выполнения имитационного моделирования.
Он состоит из семи функциональных блоков, которые группируют входные
параметры по их функциональным принадлежностям.
Блок 1.1 включает в себя все параметры оборудования базовой станции,
необходимые для проведения моделирования. Кроме параметров, описанных в
табл. 3.3, для расчетов потребуются следующие данные:
- уровень теплового шума приемника базовой станции, PNNODEB=-108 Д Б / 3 . 8 4
МГц;
- уровень собственных шумов приемника базовой станции, NNODEB=2 Д Б / 3 . 8 4
МГц.
Блок
1.2
используемых
включает
в
расчетах
в
себя
параметры
мобильных
имитационной' модели.
Кроме
терминалов,
параметров,
описанных в табл. 3.4, необходимо задаться максимальной мощностью
передатчика мобильного терминала:
- класс мощности 3: РЦЕ_МАХ-^ ДБМ;
- класс мощности 4: PUE_MAX-^ ДБМ.
По умолчанию для выполнения расчетов в имитационной модели принято, что
PUE_MAX-^
дБм.
В блоке 1.3 назначаются параметры моделей распространения и выбор
модели. Запасы на быстрые и медленные замирания устанавливаются перед
процессом имитационного моделирования. По умолчанию в соответствии с
моделью TU3, запас на быстрые замирания Sfast=3 дБ, запас на медленные
127
замирания Ssiow=S дБ. В настройках модели возможно изменение параметров
моделей распространения для адаптации к конкретным условиям.
В блоке 1.4 этапа сбора входных данных определяются параметры
ресурсов базовой станции. Основным параметром является ограничение по
нагрузке в обратном канале и ограничение по нагрузке от абонентов с
пакетной передачей данных.
1. Входные параметры для моделирования
Блок 1.1 Параметры
оборудования БС
Блок 13 Параметры
моделей распространения
сигнала
Блок 1.2 Параметры
оборудования
мобильных станций
Блок 1.5 Параметры
используемых сервисов
Блок 1.4 Ресурсы
базовой станции
Блок 1.6 Параметры случайных процессов: количество акшвных абонентов в секторе,
распределение абонентов по удаленности, распределение абонентов по сервисам
Блок 1.7 Дополнительные настройки
<^>:
2.
Предварительный расчет
Блок 2 2 Уровни сигналов от каждого
активного абонента в секторе,
фиксируемые NodeB
Блок 2.1 Нагрузка в обратном канале,
создаваемая каждым типом
абонентов
Блок 2 3 Оценка нагрузки от
абонентов HSUPA (при наличии)
3.
J<*
Финальный расчет, отображение результатов
Блок 3 2 Расчет обрывов
(переходов в сеть GERAN) по
покрытию
Блок 3.1 Расчет
блокировок по ресурсу
обратного канала
Блок 33 Расчет пропускной
способности сектора
Блок 3.4 Расчет уровня
RTWP и нагрузки в секторе
Блок 3.5 Расчет зоны
обслуживания сектора при
текущей нагрузке
Рис. 3.22. Блок-схема алгоритма имитационной модели нагрузки в обратном канале
128
В блоке 1.5 задаются используемые в моделе сервисы с их параметрами.
Сервисы,
используемые
в
процессе
имитационного
моделирования,
представлены в табл. 3.5.
Блок 1.6 является генератором абонентской нагрузки.
В
блоке
1.7
задаются
дополнительные
параметры,
влияющие
на
результаты моделирования:
- дополнительная интерференция от внешних источников Naddition, по
умолчанию интерференция от внешних источников в секторе отсутствует;
дополнительная
радиоподсистемы,
интерференция
возникающая,
от
некорректной
например,
при
конфигурации
отсутствии
описания
соседских отношений между соседними секторами;
- использование технологии HSUPA для базовой станции;
- коэффициент помех от соседних секторов сети FNE[GH, по умолчанию
устанавливается
равным 0,7
(как пороговое
приемлемое значение при
планировании радиосети).
После установки всех входных параметров во второй части алгоритма
происходит
предварительный
расчет
абонентской нагрузки
и бюджета
радиоканала от мобильной станции к NodeB. В обратном канале нагрузка,
создаваемая определенным типом абонентов, не зависит от удаленности
абонента от БС, а зависит целиком от сервиса, предоставляемого абоненту.
Таким образом, в расчете нагрузки не принципиально знать распределение по
удаленности абонентов от БС, а необходимо знать количество абонентов по
всем возможным типам сервиса.
Уровень
интерференции на ненагруженной соте с учетом влияния
внесистемной
интерференции
и
внутрисистемной
интерференции
определяется как:
Рп = (PMNODEB
где
NADD
— мощность
+ NN0DEB)
внесистемной
+ NADD + NERR ,
помехи,
a
NERR
(3.19)
— мощность
внутрисистемной помехи из-за некорректной конфигурации радиосети.
129
Нагрузка от одного абонента в зависимости от типа предоставляемого
сервиса представлена в табл. 3.7.
Рассчитанные
нагрузки
от
различных
типов
абонентов
являются
постоянными величинами, однако необходимо учитывать влияние активности
абонентов на создаваемую ими нагрузку.
Таблица 3.7
Нагрузка от одного абонента
Тип сервиса
CS AMR 12,2
PS64
PS 144
PS384
HSDPA
HSUPA
Суммарная
Нагрузка в обратном канале, %
0,04
0,032
0,07
0,166
В UL - сервис PS 64 К
В зависимости от конфигурации
абонентская
нагрузка
в
секторе
рассчитывается
в
соответствии с формулой:
Vail — JJ XcSi * VCS * aCS + Li XpS64i * VPSbA * aPS + X ^PS144£ * 7?P5144 *
aPS+XPS384*7]PS384i*aPS+XHS(/PAi*7}HS[JPA*aPS.
(3.20)
В блоке 2.1 также производится расчет нагрузочный коэффициент с
учетом влияния мобильных терминалов соседних секторов:
ftlJL_LOAD = ( 1 + ^NEIGH) * Vail-
Коэффициент
влияния
мобильных
терминалов,
(3.21)
обслуживаемых
соседними секторами XNEIGII-, зависит от начального планирования сети
WCDMA. Грубую оценку данного коэффициента можно провести, опираясь
на такой показатель, как коэффициент мягкой эстафетной передачи для соты.
Он рассчитывается по следующей формуле:
SHOF =
SHO2RL+SHO3RL
SH01RL+SH02RL+SH03RL
(3.22)
В (3.22) SHOIRL - среднее количество абонентов за период измерения,
обслуживаемые одним каналом, то есть не находящимися в режиме SHO,
SH02RL - среде количество абонентов за период измерения, обслуживаемое
130
двумя каналами, SHO3RL - среднее количество абонентов за период измерения,
обслуживаемое тремя каналами. В общем случае количество радиоканалов в
режиме
SHO может
быть
больше,
однако, как показывает
практика,
ощутимого выигрыша в качестве обслуживания это не дает. В связи с этим
устанавливается
ограничение
на
максимальное
количество
секторов
с
которыми работает мобильная станция в режиме SHO. Коэффициент SHO
полностью не отображает влияния мобильных терминалов соседних секторов
на интерференцию в обслуживающем секторе, однако позволяет сделать
приблизительную оценку данного влияния.
Увеличение интерференции, вызванное абонентской нагрузкой в секторе,
рассчитывается по формуле:
ROT = - 1 0 * l o g 1 0 ( l - r]ULL0AD).
(3.23)
Тогда общая интерференция в секторе в обратном канале рассчитывается
по формуле
Рп = (PNNODEB + NN0DEB)
+ NADD + NERR - ROT,
(3.24)
где суммарная интерференция Рп и есть общая принимаемая мощность на
базовой станции RTWP.
Для расчета количества абонентов, которое может быть обслужено в
секторе, необходимо рассчитать утилизацию UL Total Equivalent User Number
как:
(3-25)
EUNall = riauhcs-
В (3.25) rjcs - нагрузка от одного активного голосового абонента в
секторе.
К
заранее
рассчитанным
значениям
также
относится
влияние
коэффициента активности абонента на утилизацию ресурса по эквивалентным
пользователям в секторе в обратном канале. Воспользовавшись формулами
(3.21), (3.24), (3.25) получим данные об использовании EUN различными
типам соединений (табл. 3.8).
131
К
предварительным
расчетам
относится
расчет
уровней
сигналов,
приходящих от каждого абонента, находящегося в зоне обслуживания соты.
Уровень сигнала рассчитывается на основе данных по удаленности от антенн
базовой станции и модели распространения сигнала. Начальный радиус зоны
обслуживания
выбирается равным дальности уверенной радиосвязи для
услуги WCDMA R'99 PS 64 К при нагрузке, равной 50%.
Таблица 3.8
Нагрузка в обратном канале, рассчитанная в UL EUN
Коэфф. активности PS соединения
0,3
0,5
0,7
Сервис64
144
384
HSUPA
64
144
384
HSUPA
64
144
384
HSUPA
UL EUN на одного абонента
1,838
4,13
10,96
14,427
3
6,87
18,18
23,92
4,282
9,598
23,365
33,357
Дальнейшие расчеты выполняются в третьей части алгоритма. В ней
рассчитываются отказы в обслуживании для абонентов с голосовыми и
пакетными сервисами и коэффициент обрывов.
Для заданного ограничения по абонентской нагрузке в обратном канале с
помощью
параметра
UL Total
Equivalent
User
Number
и
известному
количеству абонентов, распределенных по сервисам, производится расчет
отказов
в
соединений
обслуживании.
из общего
Необходимо
числа
отметить,
что
максимально допустимых
для
голосовых
эквивалентных
абонентов часть резервируется для того, чтобы избежать отказов. Как правило,
эта часть составляет около 20% от общего числа эквивалентных абонентов. В
имитационной модели этот алгоритм учитывается в расчетах.
С ростом абонентской нагрузки достигается ограничение, установленное
оператором по интерференции в обратном канале. В этом случае абоненты
132
получают отказ в обслуживании в момент установления соединения. Отказы в
обслуживании считаются раздельно для голосовых и пакетных вызовов,
причем отказы по всем пакетным соединениям, вне зависимости от типа RAB,
суммируются.
Коэффициент отказов для голосового сервиса по причине ограничения
нагрузки в обратном канале считается в соответствии с формулой:
PBLK_CS_ULJNT
= 100 *
-
,
(3.26)
где Ccs - количество голосовых абонентов, получивших отказ из-за нехватки
ресурса, a DCs - общее количество попыток установления CS сервиса за весь
цикл моделирования.
Коэффициент отказов для пакетного сервиса по причине ограничения
нагрузки в обратном канале рассчитывается в соответствии с формулой:
ГВЪК PS UL INT; ~
i U U
*
v
.Vw
'
\~>-^')
Где сpS ш JMT- ~ количество пакетных абонентов, получивших отказ в сервисе
из-за нехватки ресурса по интерференции в обратном канале, a dPS. - общее
число попыток установления PS соединений за весь цикл моделирования, / тип пакетного сервиса.
В том случае, когда оператор увеличивает максимальную допустимую
нагрузку
в
обратном
канале
сектора
сети
WCDMA
для
устранения
блокировок, увеличивается интерференция. Новое значение интерференции в
секторе известно из расчетов второй части алгоритма.
В результате изменения уровня интерференции в секторе происходит
изменение радиусов зон обслуживания всех сервисов. В связи с этим
возможны следующие негативные явления:
- обрывы существующих соединений (переход абонентов HSDPA из сети 3G в
сеть 2G с резким падением скорости пакетной передачи данных в случае
реальной сети);
- частые процедуры RAU и LAU (при разных LAC и RAC в сетях).
133
В результате на все процедуры расходуется около 10 секунд и, если
уровень от соты 3G постоянно меняется, возникает эффект пинг-понга между
сетями. Для поиска оптимальной нагрузки в обратном канале необходима
оценка сокращения радиуса обслуживания соты и количества абонентов,
которые не попадают в зону обслуживания соты 3G, с увеличением нагрузки.
Зная уровень нагрузки, можно оценить уровень интерференции в секторе
и изменения радиусов
результате то
зон обслуживания для всех типов сервисов. В
количество
абонентов, которое
в результате
случайного
распределения по удаленности окажется за пределами данного радиуса,
окажутся вне зоны обслуживания сектора сети 3G.
Коэффициент обрывов DCR для голосовых соединений рассчитывается
по формуле:
DCRCS = 100 * | ^ .
(3.28)
В (3.28) bCs - количество абонентов CS в сумме за весь цикл моделирования,
aCs - количество абонентов, оказавшихся вне зоны обслуживания соты 3G.
Формула для расчета DCR для пакетных соединений аналогична (3.27) с
тем исключением, что для в числителе и знаменателе суммируются показатели
для всех типов RAB
DCRPS. = 1 0 0 * Щ ^ .
(3.29)
В (3.29) bps - количество абонентов PS в сумме за весь цикл моделирования,
dps - количество абонентов PS, оказавшихся вне зоны обслуживания соты 3G,
/ - тип пакетного RAB.
В результате все начальные условия для имитационного моделирования
приведены в табл. 3.9.
134
Таблица 3.9
Начальные условия имитационного моделирования для нагрузки в UL
S
га
я
о
£г
о
о
5
о
о
>>
Параметры NodeB
Уровень теплового шума приемника
БС, дБ/3.84 МГц
Уровень собственных шумов
приемника БС, дБ
Потери в кабельной трассе БС, дБ
Значения
Коэффициент усиления антенны БС, дБи
Параметры UE
Максимальная мощность передатчика TJE, дБм
Потери а соединениях и разъемах UE, дБ
Усиление антенны UE, дБ
Параметры модели распространения
сигнала
18
Модель
Запас на быстрые замирания, дБ
Запас на медленные замирания, дБ
Выигрыш от использования SHO, дБ
Потери на проникновение, дБ
Разность высот уровня антенн NodeB и UE, м
Дополнительное условие модели
Дополнительные параметры модели
Интерференция от соседних секторов
Коэффициент активности голосовых абонентов
Коэффициент активности пакетных абонентов
Запас по загрузке сектора в UL для
голосовых абонентов
Сервисы (требуемое отношение
сигнал/шум)
CS AMR 12,2
PS 64 R'99
PS 144 R'99
PS 384 R'99
HSDPA
HSUPA
Пояснения
-108
2
3,3
24
0
0
КсиаБертрони
3
8
1,5
0
10,5
Возможно
использование ОкамураХата
Покрытие на улице
высота антенн БС =
высоте крыш зданий
0,65
0,6
0,7
0
5
3
3
3
2
2
используется
используется
используется
используется
используется
Рассчитывается отдельно
На рис. 3.23 представлены зависимости нагрузки в обратном канале от
количества активных абонентов в секторе.
135
110
ri_max=50%
m
in
r-
О
iri
m'
in
О
С)
en
о
9
vn
in
о
in
О
О
in
4t
CI
О
m
in
о
in
4t
О
m
in
in
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.23. Зависимость нагрузки в обратном канале сектора от количества
активных абонентов при изменении максимально допустимой нагрузки
При отсутствии ограничений по нагрузке ее значение может достигать
100% - уровень внутрисистемной интерференции не позволяет приемнику
базовой станции декодировать принимаемые от абонентов сигналы. Данная
ситуация недопустима при эксплуатации коммерческой сети. Достижение
нагрузки 100% зафиксировано для нескольких итераций из 100, проводимых
при имитационном моделировании.
На рис. 3.24 представлен график зависимости уровня RTWP в секторе от
количества активных абонентов. По кривым зависимостей можно определять
уровень загрузки в секторе при известном уровне RTWP.
отметить,
что
дополнительная
при
проведении
интерференция,
данного
расчета
возникающая
Необходимо
внешние
вследствие
помехи
и
некорректной
конфигурации соседских отношений между секторами, приняты равными
нулю. В реальной сети необходимо учитывать уровень интерференции на
полностью ненагруженном секторе. Такие алгоритмы
предусматриваются
производителями оборудования - измерения уровня RTWP на ненагруженной
соте проводятся периодически (один раз в сутки) в час наименьшей нагрузки
(как правило, в ночное время с усреднением за несколько часов).
136
г»
1П
CO
СО
О
П
m'
о
in
>п
О
in
CN
О
СП
О
in
CN
in
со
о
СО
о
<*
in
СО
in
о
т1-
о
in
in
4t
О
m
in
d
in
iri
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.24. Зависимость уровня RTWP в секторе от количества активных
абонентов при изменении максимально допустимой нагрузки
На рис. 3.25
представлена
зависимость уменьшения радиуса зоны
обслуживания сектора для каждого типа сервиса при увеличении абонентской
нагрузки. При ограничении максимальной нагрузки в обратном канале сектора
сети
WCDMA
возможно
контролировать
уменьшение
радиуса
зоны
обслуживания сектора.
со
in
—<
со
ш
О
см
m
О
со
1П
СО
о
in
О
Щ
CN
о
1/->
о
CN
СО
СО
о
in
1П
in
о
о
in
in
l/->
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.25. Зависимость уменьшения радиуса обслуживания сектора от количества
активных абонентов при изменении максимально допустимой нагрузки
137
Отрицательным
эффектом
ограничения
максимально
допустимой
нагрузки в обратном канале является увеличение блокировок для абонентов,
пытающихся
установить
соединение в секторе с высокой абонентской
нагрузкой.
В табл. 3.10 представлены результаты имитационного моделирования по
блокировками для случаев с неограниченной нагрузкой в обратном канале и с
несколькими уровнями ограничений.
Таблица 3.10
Результаты имитационного моделирования - блокировки
количество
абонентов
Т1МАХ=Ю0%
1..3
3..5
5..7
5..10
10..15
15..20
20..25
25..30
30..35
35..40
40..45
45..50
50..55
55..60
id
j
м
оа
со
со
Он
и
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
«самоблокиров
ка» соты,
нагрузка равна
100%
ЛМАХ: =95%
Л М А Х : =85%
Л М А Х : =75%
(ft
#
*
оа
оа
Э
оа
j
и
со
а.
со
и
0
0
0
0
0
0
0
14
19,7
33,2
33,3
51,2
46,6
46,3
оа
СО
Он
со
0
0
0
0
0
0
4,4
19,1
26,7
22,1
30,1
31,6
37,3
43,7
0
0
0
0
0
7,1
0
17,1
23,5
34,4
51,8
47,3
49,5
48,8
0
0
0
0
0
1,1
12,8
19,8
30,2
26,4
41,1
44,5
42,8
47,1
оа
со
и
0
0
0
0
0
5
12,2
29,4
41,2
43,7
51,1
48,4
49,9
55,2
оа
со
0
0
0
0
2,2
16,2
13
29,8
31,7
44,2
48,7
53,6
56,7
55,9
ЛМАХ-
ii
оа
50%
н-1
СО
оа
и
Он
0
0
0
0
9,1
31,3
43,6
56,6
51,3
44,8
52,1
68,6
66,7
72,2
со
0
0
0
0
10,3
29,8
26,6
26,3
30,2
39,9
38,6
61,1
66,1
65,7
Из таблицы 3.10 видно, что при уменьшении максимальной допустимой
нагрузки в секторе по обратному каналу и росте количества активных
абонентов в секторе, увеличиваются блокировки по голосовому и пакетному
сервисам. При этом ограничивается уменьшение радиуса обслуживания
сектора, что влияет на обрывы активных соединений, статистика по которым
приведена в табл. 3.11.
138
Таблица 3.11
Результаты имитационного моделирования - обрывы
количество
абонентов
ЛМАХ-= 100%
1..3
3..5
5..7
5..10
10..15
15..20
20..25
25..30
30..35
35..40
40..45
45..50
50..55
55..60
При
#
и
и
и
S
Q
Q
#
О
Q
ОО
и
оо
0
3,7
8,5
9,7
10,2
11,2
23,8
12,9
23,5
0
0
0
0
0
0
0
6
9,1
19,1
20,9
27,2
26,5
27,8
0
0
7,5
8,9
9,1
14,2
22,3
20,4
22,6
23,1
23,8
29,1
32,4
36,7
самоблокировка
соты, нагрузка
равна 100%,
ОБРЫВ
СОЕДИНЕНИИ
и
и
ОО
О*
ОО
0
0
0
0
0
2,7
0
6,1
14,6
ЛМАХ-= 100%
#
ой
и
ЛМАХ-= 100%
00
и
0
0
0
0
0
0
0
1,9
8,8
7,9
10
13,5
13,9
16
низкой абонентской нагрузке
и
Q
00
Си
0
0
10,1
9,2
10,9
11,4
13,9
19
22,9
22,7
23,5
23,1
22,7
25,7
ЛМАХ-• 100%
ЛМАХ=
#
#
и
и
а
Qi
Он
и
Q
00
и
оо
0
0
0
0
0
0
2,4
3,1
5,8
3,5
4,7
5,2
4,2
2,4
0
0
7,7
7,9
5,6
13,9
13,5
15,2
16,2
15,4
14,1
18,8
16,9
18
наличие обрывов
и
Q
00
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
100%
и
о
оо
о0
0
8,1
9,1
10,4
6,8
6,5
4,2
8,2
7,1
9,1
6,4
7,7
9,3
по пакетным
соединениям вызвано ориентацией радиуса зоны обслуживания на сервис PS
64 R'99, в связи с чем более высокоскоростные сервисы WCDMA R'99 могут
не попадать в радиус обслуживания сектора. Особенно это актуально для
сервиса
PS
384.
В
остальном
статистические
данные
подтверждают
положительное влияние ограничений по нагрузке в обратном канале на
количество обрывов.
В таблице 3.12 приведены данные по количеству активных абонентов в
секторе учетом блокировок и обрывов. Количество активных абонентов в
секторе рассчитывалось по следующей формуле:
Ksub_real = Nsub_att
* ( 1 - DCR - BLK),
(3.30)
где Nsub_reai - количество активных абонентов в секторе с учетом обрывов и
блокировок, Nsubjm ~ количество запросов на установление соединений, DCR -
139
Ul
Ul
as
Ui
Ul
о
u>
Ul
Ul
о
45Ul
45-
о
Щ о §
ю ч я
локиров]
, нагрузк
шает 10С
о\
Ъ\
oo
oo
45"45-
Ы
vl
-O
oo
oo
Ы
00
•-J
о
-J
•"
Ul
^1
•-
NO
OO
V>J
ы
Ul
NO
NO
U)
45-
Ul
NO
00
ON
00
^J
t—1
ы
'—
Ы
U)
u>
45-
оо
00
ON
to
NO
ON
00
Ul
О
о
Ul
4*. 4*.
ON
о
о
Ul
45-
"o "о
"-J
-J
*к-
ON
ON
ON
H—
45-
to to "to
о О
to to
45Ul
45-O
4^
oo
ON
ON
U)
UI
ON
to
Ul
45-
4*
oo
UJ
Ui
-O
Ui
ON
U>
45L0
ON
45-
NO
Ю
о
-J
-J
Ы
Ul
ы
Ы
Ul
oo О
-J
ON
t./l
ON
~
О
-J
"4^
* . u> to t*> to
"45- 4"-J
£
ON
00
-J
00
"о
'so
to to О О
"--1
K>
to
Ъх
n
NO
Ul
ON
NO
1*1
to
"45».
Ul
Ul
45-
45-
U>
о
£
E
ON
N)
ON
Ul
M-
to
45-
U>
-J
45-
NO
ON
i—»
to
(»J
to
to
fO
Ul
H-t
45-J
OJ
,_
количество активных
о
to
абонентов
Ю
~•—
t*J
U>
to
-J
4^
OO
Ul
U>
U)
OO
LO
to to
E
Ul
Ul
45-
"u\
Ui
00
-J
"o
количество активных
абонентов
to
о
45Ul
ON
активных аоонентов
PS
активных аоонентов
CS
активных аоонентов
PS
О
45-
о
NO
ON
to
U)
Ы
to
ON
Ul
"-J
о
активных аоонентов
CS
активных аоонентов о
PS
о
активных аоонентов
n
-J
CS
.— активных аоонентов
U>
PS
to
О
количество активных
абонентов
о активных аоонентов
CS
"-J
"ы
«<
ta
tr
H
о
Н
5С
£50
s
-1
H
CD
о
о
г.
s
о
X
a
о
NO
Ul
О
><
Со
а\
о
И
(TJ
X
н
о
ю
43
о00
CO
о
00
ж
tr
о\
и
о
03
СО
о
л
О)
н
H
D3
О
03
Е
3
о
а
H
S
CS
X
tr
X
43
о
со
о и
X s
активных аоонентов
о
5
с
PS
количество активных
to
абонентов
"о
со
о
о
s
л
о
CO
ш
о
со
S
43
s
1
pi
-J
Ul
я1
оо
о»
о
ю
Е
гИ 2
о
00
Ul
03
П)
43
S
количество активных
абонентов
активных аоонентов
о
CS
45».
45-
to —
43
_^
<*> to — »
Ю
количество
абонентов
(
45О
-J
О
"-J
"NO
о
ON
"4*.
oo i
NO
45-
ON
to to О
45-о
oo
О
Ю
^J
NO
NO
30
ON
Ы
to
u>
u>
w to to
to "to
"o
Ы
Ul
to
45"-J
-o - J
u» t o
О
NO
Ul
Ul
45-
^1
Ul
^J
_
^1
о
45-
U>
to t o to — о
oo U l о U l ON
О
Ы
OJ
ON
Ul
Ы
Ul
I*J
to
<~
Ul
"o "-o
NO
45-
ON
Ul
oo
to oo О
-J
OJ
Ul
to to
"45-
•— oo *""' •-*
to
1*1
U)
U)
Ul
U>
"-О
45-
to . . о O
"-* •— NO oo u i
45».
Ul
00
"NO "-J
-j
—
Ui
U)
ui
45-
$;**В
4*.
ui
со
о Ь0
to
X
sa
со
н
о
ьа
о
н
tl
tr
DC
о
В процессе имитационного моделирования влияния абонентской нагрузки
на качество предоставления услуг в обратном канале обнаружена проблема,
требующая устранения: высокий уровень блокировок по голосовому сервису.
С точки зрения лояльности абонента блокировка по голосовому вызову более
критична, чем по пакетному соединению.
В
связи
с
этим
возможно
резервирование
части
ресурса
по
интерференции в обратном канале, который будет предоставляться только
абонентам с голосовым сервисом. Рассмотрим случай с ограничением по
нагрузке в обратном канале 85% при условии, что 5%, 10%, 15% или 20% от
общей максимальной нагрузки зарезервировано для голосовых соединений.
Графическое отображение зависимости блокировок для пакетных и
голосовых соединений при изменении резервируемой нагрузки для голосового
трафика представлено на рис. 3.26.
20%
5%
10%
15%
Резервирование нагрузки для CS трафика , %
Рис. 3.26. Зависимость уровней блокировок для голосовых и пакетных
соединений от величины резерва ресурса для голосовых соединений
0%
Увеличивая объем резервируемого для голосовых соединений ресурса по
нагрузке в обратном канале уменьшается эффективность использования
ресурса. Однако при этом заметно уменьшаются блокировки по голосовому
трафику, что является очень важным результатом. Из полученных данных
можно сделать следующие выводы:
141
- применение резервирования
части
нагрузки
в обратном
канале
для
голосовых соединений необходимо использовать в коммерческой сети, так как
эта мера позволяет в разы уменьшить или полностью устранить блокировки по
голосовому сервису в сети;
- оптимальный запас, который необходимо выбрать для использования в
коммерческой
сети
является
таким,
при
котором
будет
наблюдаться
минимальный уровень блокировок по голосовому сервису при максимальной
утилизации ресурса, т.е. нагрузке.
На рис. 3.27
представлен
график зависимости нагрузки в сети от
количества активных абонентов при изменении запаса по нагрузке в обратном
канале для голосовых абонентов. Резерв 5% и 10% почти не различаются по
эффективности использования ресурса, при этом блокировки для голосовых
соединений снижаются почти в 3 раза. Однако 10% блокировок являются
весьма существенными для голосового сервиса. При увеличении резерва до
20% наблюдается полное отсутствие блокировок по голосовому
сервису,
однако эффективность использование ресурса снижается минимум на 7%, так
как пакетные абоненты не могут им воспользоваться.
0.84
о
Ч
оЗ
X
гз
оS3
0.82
к |
0.78
я оЗ
03
03
и
С
0.72
X
•резерв CS 15%
-^-резерв CS 20%
0.76
0.74
03
•Г; -резерв CS 10%
0.80
Ы
R
О.
•резерв CS 5%
1
0.70
го
о
гСП
и-5
m
o
m
1П
О
о
1П
CN
со
О
сп
О
m
сп
о
О
in
in
о
in
о
m
in
m,
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.27. Эффективность использования ресурса обратного канала от
величины резерва для голосового трафика
142
Оптимальным с точки зрения уровня блокировок и утилизации ресурса
является случай, когда для голосового трафика резервируется 15% ресурса.
Эффективность использования ресурса обратного канала снижается при этом
чуть больше, чем на 3%, а уровень блокировок почти в 10 раз по сравнению с
резервированием 5% ресурса. Результат зависит от распределения абонентов
по сервисам и справедлив для выбранного распределения 30/10/10/10/40.
В сети WCDMA
дополнительную
интерференцию, не
являющуюся
следствием высокой абонентской нагрузки, разделяют на внутрисистемную и
внесистемную. Причинами внесистемной интерференции могут быть РЭС,
работающие в данном или соседнем участке спектра частот, электронное и
медицинское
оборудование.
Причинами
появления
дополнительной
внутрисистемной интерференции могут являться некорректная конфигурация
соседских отношений между секторами, имеющими пересекающиеся зоны
обслуживания, некорректная работа системы автоматической
мощности
у
некоторых
мобильных
терминалов.
регулировки
Рассмотрим
дополнительной интерференции на качество обслуживания
влияние
абонентов и
емкость сектора
Для проведения имитационного моделирования возьмем случай, когда
коэффициент активности пакетных абонентов равен 0.7, коэффициент помех
от соседнего сектора 0.65, общая нагрузка в обратном канале ограничена
0.85%,
15%
параметры
зарезервировано
моделирования
для
голосовых
аналогичны
соединений.
установленным
Остальные
ранее.
При
моделировании рассматривается и сравнивается влияние дополнительной
интерференции в обратном канале сектора сети WCDMA для двух вариантов
оценки нагрузки в обратном канале:
- контроллер радиосети оценивает нагрузку в радиоканале по текущему
уровню RTWP;
- контроллер оценивает нагрузку в радиоканале по количеству активных
соединений в секторе с разбивкой по типам.
143
Сравним
основные
показатели
при
уровне
дополнительной
интерференции 3 дБ и 5дБ со случаем, когда дополнительная интерференция в
секторе отсутствует.
сп
—i
m
сп
г-
m
о
in
in
О
CN
in
CN
О
сп
1П
СП
О
in
О
сп
>п
CN
СП
1П
о
о
in
in
m
ЧО
in
О
in
in
о
m
Количество активных абонентов, шт.
Рис. 3.28. Зависимость уровня RTWP от абонентской нагрузке при различных
уровнях дополнительной интерференции в секторе
Уровень дополнительной интерференции учитывается в уровне RTWP
сектора. Влияние дополнительной интерференции на уровень блокировок и
обрывов для голосовых и пакетных соединений представлен на рис. 3.29.
40
35
• CSDCR
a PS DCR
#30
:
еа
О
t^^mm
Э 25
л
а.
о 20
А
X
S 15
о
а.
> 10
ОДБ
ЗДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
'
<
1
—
Hi —
0 ДБ
3 ДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
Рис. 3.29. Влияние дополнительной интерференции в обратном канале на
уровни блокировок и обрывов голосовых и пакетных соединений
144
Так как в рассматриваемом случае нагрузка в обратном канале сектора
рассчитывается контроллером на основе текущего уровня RTWP, влияние
дополнительной интерференции значительно.
Особенно
заметно
увеличение
блокировок
при
росте
уровня
дополнительной интерференции с 3 до 5 дБ. Это объясняется нелинейной
зависимостью уровня RTWP в секторе от нагрузки. При данном методе
оценки
текущей
нагрузки
в
обратном
канале
сектора
WCDMA
дополнительная интерференция расценивается контроллером радиосети как
абонентская нагрузка.
Из графиков рис. 3.29
можно сделать вывод не только о крайне
отрицательном влиянии дополнительного уровня интерференции на качество
обслуживания абонентов, но и о том, что в случае расчета нагрузки в
обратном канале по текущему уровню RTWP в большей степени влияет на
доступность услуг.
На рис. 3.30
показана зависимость максимального числа активных
абонентов, которые могут быть обслужены в секторе, от дополнительной
интерференции в обратном канале.
14
i активы, абоненты CS
S» активн. абоненты PS
<и
0 ДБ
3 ДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
Рис. 3.30. Зависимость количества активных абонентов в секторе от уровня
дополнительной интерференции в обратном канале
145
Из графика рис. 3.30 видно, что наибольшее влияние оказывается на
абонентов с пакетной передачей данных, так как они являются
более
ресурсоемкими.
Рассмотрим
влияние
дополнительной
интерференции
на
качество
обслуживания абонентов для случая, когда оценка загрузки обратного канала
осуществляется на основе данных по количеству активных абонентов в
секторе.
На рис. 3.31
отсутствием
приведены
дополнительной
сравнительные
показатели для случаев
интерференции
и для
случая
с
с
уровнем
дополнительной интерференции 3 дБ и 5 дБ. При расчете нагрузки в обратном
канале контроллер радиосети опирается не на данные о текущем уровне
RTWP, а на количество активных абонентов в секторе. В том случае, когда
анализ нагрузки в секторе проводится на основе данных о количестве
активных абонентов в секторе, данное влияние не является определяющим,
как в случае с оценкой нагрузки по уровню RTWP в секторе. Колебания
уровня блокировок можно отнести к погрешностям расчета.
70
60
н-
• CS BLK
и PS BLK
,
а-50
о
я
о
•
ё"40
ы
о
ё зо
а 20
45
40
• CSDCR
и PS DCR
35
1 зо
1
со
1 25
ю
о
4
•
£ 20
и
со
;
° 15
о. 1 J
10
L
о
10
н.
5
0 ДБ
ЗДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
0
^1
•Р&
0 ДБ
3 ДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
Рис. 3.31. Влияние уровня дополнительной интерференции в обратном канале
на блокировки для голосовых и пакетных сервисов
Очевидно,
что
при
увеличении
уровня
дополнительной
вносимой
интерференции радиус обслуживания сектора уменьшается, в связи с чем
146
происходит увеличение коэффициента обрывов для голосовых и пакетных
соединений. Как видно из графиков, увеличение коэффициента обрывов
наблюдается
для
голосовых
и
пакетных
соединений
пропорционально. Пропорциональное увеличение
практически
DCR для голосовых
и
пакетных соединений характерно для данного случая, так как дополнительный
уровень интерференции не влияет на доступ абонента к обслуживанию в
секторе.
На рис. 3.32 представлен график зависимости количества активных
голосовых и пакетных абонентов, одновременно обслуживаемых в секторе, от
уровня дополнительной интерференции в обратном канале.
14
и активн. абоненты CS
и активн. абоненты PS
О ДБ
3 ДБ
5 ДБ
Дополнительная интерференция, дБ
Рис. 3.32. Зависимость количества одновременно обслуживаемых абонентов в
секторе от уровня дополнительной интерференции
Максимальное количество абонентов, одновременно обслуживаемых в
секторе, уменьшается при увеличении уровня интерференции. Особенно этот
эффект
проявляется
для
высокоскоростных
пакетных
абонентов,
более
критичных к состоянию радиоканала.
Таблица 3.13
Влияние дополнительной интерференции на емкость сектора
Метод расчета нагрузки
Уровень дополнительной интерференции
активные абоненты CS
активные абоненты PS
ОдБ
11,72
9,16
147
RTWP
ЗдБ
10,50
5,09
5 дБ
8,32
3,02
активные абоненты
ОдБ
ЗдБ
5 дБ
11,72
9,61
9,42
9,16
5,14
6,98
В табл. 3.13 приведены сравнительные показатели по максимальному
количеству абонентов, обслуживаемых в секторе, в зависимости от уровня
дополнительной интерференции для двух вариантов расчета нагрузки.
Из полученных данных можно сделать следующие выводы:
- дополнительные источники интерференции негативно влияют на качество
обслуживания абонентов и емкость сектора - необходим контроль уровня
RTWP в секторах сети и разработка мер по устранению дополнительных
источников интерференции как на этапе планирования радиосети, так и на
этапе эксплуатации;
- принятие решения о нагрузке в обратном канале сектора сети WCDMA с
целью ее ограничения необходимо производить по данным о количестве
активных абонентов в секторе, так как уровень RTWP реально не отображает
картину нагрузки.
Технология HSUPA позволяет увеличить скорость передаваемых данных
в обратном канале для одного абонента максимум до 5,76 Мбит/с. На
сегодняшний день наиболее распространенные мобильные терминалы 2-ой
категории, которые поддерживают максимальную скорость в обратном канале
1,448 Мбит/с. Данная скорость достигается при использовании кодовой
конфигурации SF4+SF4 (табл. 1.6).
Рассмотрим влияние использования технологии HSUPA на качество
обслуживания абонентов и емкость сектора при использовании мобильного
терминала 2-ой категории. Рассчитаем нагрузку в обратном канале, которую
создает один активный абонент HSUPA с конфигурацией канала SF4+SF4.
По формуле (3.31) получаем нагрузку, создаваемую абонентом HSUPA при
заданной активности абонентов с пакетной передачей данных а=0,7 [37]:
1
L
'
=
ц-^-xSl
1
=
#& "' "'
-^хШ^
1+
„п1Л48%
10 ю
148
=
°'275-
( 3 3 1 )
С учетом помех, вносимых абонентами соседних секторов (нагрузка
между секторами распределена равномерно), Ц для одного абонента HSUPA
может достигать 0,446. Тогда один абонент HSUPA 1,448 Мбит/с занимает
около 45% максимальной нагрузки сектора WCDMA.
Для
подтверждения
результатов
расчета
проведен эксперимент на
тестовом секторе WCDMA со следующими начальными данными:
-
сектор изолирован от влияния соседних секторов сети;
-
модемы
поддерживают
технологию
доступа
HSUPA
1.448,
других
ограничений по скорости передачи данных на тестовом стенде нет;
- коэффициент активности абонентов равен 1;
- нагрузка в секторе ограничена г/=50%.
При описанных входных данных по теоретическому расчету нагрузка от
одного абонента HSUPA в секторе Lj=0,374. Поскольку нагрузка в секторе
ограничена 50%, второй абонент в секторе не может установить соединение на
максимальной
скорости 5=1,448
Мбит/с, поэтому
его
скорость
будет
снижаться до установленной гарантированной скорости (384 кбит/с). Поэтому
оценка результатов расчета и эксперимента проводится не по количеству
активных абонентов в секторе, а по максимальной пропускной способности
сектора для абонентов HSUPA.
Максимальная
пропускная
способность
сектора
рассчитывается
по
формуле:
ТМАУ
МАЛ
—В X
,
(3.32)
LjXlQO
где В - максимальная пропускная способность одного абонента HSUPA, rj максимальная нагрузка сектора, L,- - нагрузка от одного абонента HSUPA.
Результаты
сравнения теоретических расчетов и данных, полученных с
помощью тестового стенда, представлены в табл. 3.14.
Из полученных экспериментальных данных можно сделать вывод от
высокой точности расчетов утилизации ресурсов абонентами с технологией
149
доступа HSUPA. Входные данные расчетов выбираются в соответствии с
входными данными моделирования нагрузки в обратном канале:
- ограничение по нагрузке 85%, из которых 15% резервируется для голосовых
соединений;
- коэффициент активности пакетных абонентов равен 0,7;
- коэффициент помех, вносимых соседними секторами 0,65;
Пропускная способность,
кбит/с
Таблица 3.14
Сравнение расчетных и экспериментальных данных для нагрузки от HSUPA
расчетное значение
экспериментальные данные
максимальная
-
1428
средняя
-
706,5
Максимальная
-
512,5
ё
средняя
-
398,5
5
максимальная
1935
1950,5
средняя
-
1105
О)
&
2
>,
о
Нагрузка от одного абонента HSUPA 1,448 Мбит/с будет равна L;=0,374.
Тогда, при условии занятия всего ресурса, выделенного для пакетной передачи
данных, абонентами HSUPA, пропускная способность сектора будет равна
7лмх=1»448Мбит/с*0,7/0,487=2,08 Мбит/с а в секторе могут быть обслужены
только два активных пакетных абонента.
Очевидно, что такая ситуация недопустима в коммерческой сети, поэтому
при введении в эксплуатацию технологии высокоскоростной передачи данных
по обратному каналу HSUPA необходимо использовать две несущие частоты
для расширения ресурса.
150
3.3.4 РЕСУРС ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ КАНАЛА
ИНТЕРФЕЙСА ШВ
ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ
Алгоритм работы имитационной модели расчета блокировок по причине
нехватки пропускной способности ресурса Iub представлен на рис. 3.33.
Первая часть алгоритма, отвечающая за сбор входных данных, аналогична
алгоритму расчета нагрузки в обратном канале. Входными параметрами для
алгоритма
являются
имитационной модели
скорости
RAB,
передачи
параметр
данных
GBR для
используемых
в
абонентов HSDPA и
конфигурация интерфейса Iub с указанием реальной пропускной способности
канала.
Данные по реальной пропускной способности канала интерфейса Iub в
зависимости от конфигурации представлены в табл. 2.12, а возможные
значения для гарантированных скоростей передачи данных в зависимости от
типа услуг в табл. 3.2.
В имитационной модели учитывается нагрузка интерфейса Iub только от
контроллера радиосети к базовой станции (прямой- канал). Как показывает
практика, загрузка интерфейса Iub в обратном направлении не является узким
местом в подсистеме радиодоступа.
Первая часть алгоритма отвечает за сбор входных данных, необходимых
для
проведения расчетов. Блок
1.1
является генератором
абонентской
нагрузки. Удаленность абонентов от центра обслуживания сектора не имеет
значения.
В блоке 1.2 определяется конфигурация интерфейса Iub. В зависимости
от
полезной
полосы
пропускания
сигнала
рассчитывается
загрузка
интерфейса.
В блоке 1.3 определяется гарантированная скорость передачи данных для
абонентов HSDPA. В реальной сети гарантированная скорость передачи
данных задается и для сервисов PS WCDMA R'99, однако в рассматриваемой
151
модели значения гарантированной скорости передачи данных соответствуют
заявленным скоростям RAB.
На основании входных данных во второй части алгоритма производятся
расчеты загрузки интерфейса lub, расчет уровня блокировок для голосовых и
пакетных абонентов и оценка средней скорости пакетной передачи данных для
абонентов HSDPA.
1. Входные параметры для СИМУЛЯЦИИ
Блок 1.1 Количество активных абонентов в секторе, распределение абонентов по
сервисам
Блок 1.3 Значения GBR для услуг
пакетной передачи данных
Блок 1.2 Конфигурация интерфейса
lub для базовой станции
2. Расчет загрузки и уровня блокировок
Блок 2.1 Расчет уровня блокировок
Блок 2.2 Расчет загрузки интерфейса
Блок 2.3 Оценка скорости пакетной передачи данных для абонентов HSDPA
Рис. 3.33. Блок-схема алгоритма моделирования для нагрузки в интерфейсе
В имитационной модели, как и в общем случае использования каналов
интерфейса lub в коммерческой сети, принято, что общая пропускная
способность равноправно распределяется
между
всеми абонентами
вне
зависимости от типа используемого соединения. Расчет уровня блокировок изза ограничений пропускной способности интерфейса lub производится в блоке
2.1. Отказ в предоставлении сервиса происходит в том случае, когда при
добавлении нового абонента требуемая суммарная пропускная способность
оказывается больше, чем пропускная способность канала интерфейса lub.
Требуемая
суммарная
пропускная
следующим образом:
152
способность
рассчитывается
B
ALL_REQ
= GBRCS * Ncs + GBRPS64
Nps384 + GBRHSDPA
* NPS64 + GBRpsm * N P S 1 4 4 + GBRPS3Q4
* NHSDPA.
*
(3.33)
В (3.33) ^VCis - количество абонентов CS AMR 12.2, NPS64 - количество
абонентов PS 64 R'99, NPSi44 - количество абонентов PS 144 R'99, NPS384 количество абонентов PS 384 R'99, NHSDPA - количество абонентов HSDPA.
Блокировки возникают в том случае, когда:
BALL_REQ >
(3.34)
BiuB'
где Вше - эффективная пропускная способность абонентских данных на
интерфейсе lub.
В том случае, когда условие (3.33) выполняется, в блоке 2.1 производится
расчет уровня блокировок отдельно для голосового и пакетного трафика в
соответствии со следующими формулами:
PBLK
cs шв = WO *ZZf*Z.
-
L
(3.35)
D
CS
И
PBUCSSJUB
(3.36)
= WO *Ц^*.
В (3.35) и (3.36) CCSJUB и CPS_IUB - количество голосовых и пакетных
абонентов, получивших
отказы в обслуживании
пропускной способности
канала lub, DCs
по причине
и DPS
-
общее
нехватки
количество
устанавливаемых голосовых и пакетных вызовов соответственно.
В том случае, когда PBLK_CSJUB
И Л И
PBLK_PSJVB
больше нуля, расчет
загрузки интерфейса lub и средней скорости передачи данных у абонентов
HSDPA не производится. В этом случае утилизация ресурса интерфейса lub
принимается
равной
100%,
а
средняя
скорость
абонентов
HSDPA
приравнивается GBRHSDPAПри отсутствии блокировок, когда PBLK_CSJUB И PBLK_PSJUB равны 0,
производится расчет загрузки канала интерфейса lub и средняя скорость
HSDPA, предоставляемая абонентам. Расчет загрузки канала интерфейса lub
происходит в блоке 2.2 в два этапа. В первую очередь рассчитывается полоса
153
пропускания, необходимая для голосовых и пакетных абонентов WCDMA
R'99 в соответствии со следующей формулой:
BR99_REQ
= GBRCS * Ncs + GBRPS64
* NPS64r + GBRPS144
* /VP5i44 + GBRPS3B4
* A/ P S 3 8 4 . ( 3 . 3 7 )
Оставшаяся пропускная способность равномерно распределяется между
абонентами HSDPA, причем должно выполняться следующее неравенство:
THSDPA
где
THSDPA
^ GBRHSDPA,
(3.38)
- средняя скорость пакетной передачи данных для абонентов
HSDPA.
Для расчета средней скорости пакетной передачи данных определяется
пропускная способность канала интерфейса IuB, с учетом утилизации данного
ресурса голосовыми и пакетными абонентами WCDMA R'99:
ВHSDPA
В (3.39) ВHSDPA -
=
Вщв ~
(3.39)
BR99_REQ-
пропускная способность канала интерфейса lub для
абонентов HSDPA.
Тогда средняя скорость для абонентов HSDPA рассчитывается как:
- ~}j~~ •
THSDPAJUB
(3.40)
Максимальная скорость для абонентов HSDPA в модели ограничена
возможностями мобильных терминалов и равна 3,6 Мбит/с. Загрузка канала
lub рассчитывается как:
— Л Г)Г) .,.
I/
GBR
N
CS* CS
+ GBRpS64*NpS64+GBRpsi44*Npsi44
+ GBRps384*NpS3e4+THSDPA'NHSDPA
/О Л 1 \
BWB
Необходимо отметить, что ресурс интерфейса lub является ресурсом
базовой станции, поэтому в расчетах имитационной модели принято, что
нагрузка равномерно распределяется между тремя секторами базовой станции
равномерно. В связи с этим реальная пропускная способность ресурса lub для
одного сектора равна 1/3 общей пропускной способности интерфейса lub для
базовой станции.
В
реальной
сети,
построенной
на
оборудовании
Huawei
RAN' 11
возможно разделение различных типов трафика: CS AMR, PS WCDMA R'99,
154
PS HSDPA по разным виртуальным
каналам. В зависимости
от типа
трансмиссии ATM или IP виртуальные анналы называются AAL2PATH или
IPPATH соответственно.
Для того чтобы избежать появления блокировок по голосовому трафику,
виртуальные каналы с пакетным трафиком можно ограничить. Данная идея
представлена
на рис. 3.34.
Кроме ограничений по типу трафика
есть
возможность применять различные политики к пакетному трафику, разделив
его
на
классы:
streaming,
interactive
и
background.
В
разработанной
имитационной модели данные возможности не учитываются
сложностью
реализации
подобных
алгоритмов
и
требуют
в связи со
детального
рассмотрения в случае управления приоритетом трафика, однако рассмотрено
влияние резерва для голосового трафика путем настроек AAL2PATH.
радиоканал
интерфейс luB
CS AMR
\
AAL2PATH1, CS AMR
PS R'99
AAL2PATH2, PS R'99
AAL2PATH2, PS R'99
PS HSDPA
Рис. 3.34. Управление трафиком на интерфейсе Iub
В имитационной модели предусмотрено изменение только коэффициента
активности абонентов с разделением
на голосовые и пакетные услуги.
Начальные условия имитационного моделирования приведены в табл. 3.16.
В табл. 3.15
коэффициент сжатия в Iub интерфейсе
соответствует
коэффициенту активности абонента в радиоканале. В том случае, если абонент
находится в состоянии «connected mode», за ним резервируется полоса канала
Iub интерфейса, равная GBR. В том случае, когда активность абонента не
равна
100%,
введение
коэффициента
сжатия
позволяет
уменьшить
резервируемую полосу до GBR*<5. При этом возможно уменьшить уровень
155
блокировок по причине нехватки пропускной способности канала интерфейса
Iub.
Таблица 3.15
Начальные условия имитационного моделирования
Параметры
Конфигурация интерфейса Iub
1хЕ1
2хЕ1
ЗхЕ1
4хЕ1
5хЕ1
GBR для сервисов
CS AMR 12,2
PS R'99 64
PS R'99 144
PS R'99 384
PS HSDPA
Коэффициент сжатия 5
CS
PS R'99
HSDPA
Резервирование полосы для CS трафика
Значения
Комментарии
-
-
1360
3060
4760
6460
8160
кбит/с
кбит/с
кбит/с
кбит/с
кбит/с
-
-
16
64
144
384
384, 144, 64
кбит/с
кбит/с
кбит/с
кбит/с
кбит/с
-
-
0,6
0,0.1...1
0,0.1...1
0,0.1...1
-
Применение коэффициента сжатия резервируемой полосы на интерфейсе
Iub целесообразно в качестве временной меры для устранения блокировок,
поскольку несоответствие выбранного коэффициент сжатия и активности
абонентов может привести к деградации качества обслуживания абонентов.
Минимальный
коэффициент
сжатия
рекомендуется
выбирать
равным
коэффициенту активности абонентов на радиоканале.
Далее представлены результаты расчетов в соответствии с созданной
имитационной моделью зависимости показателей качества
обслуживания
абонентов
для
от
абонентской
нагрузки.
Входные
данные
модели:
гарантированная скорость передачи данных HSDPA GBR = 144 кбит/с,
конфигурация ресурса изменяется в пределах 1хЕ1...5хЕ1.
Из полученных зависимостей можно сделать вывод о том, при очевидной
зависимости,
которая
отображает
снижение
156
уровня
блокировок
при
увеличении
пропускной
способности
радиоканала,
высокий
уровень
блокировок для голосового сервиса наблюдается и при конфигурации с пятью
потоками. В связи с этим необходимо предпринимать меры по снижению
блокировок для CS трафика за счет создания резервной полосы пропускания.
90
U
•
О.
01
80
О
>•
г
о
в
о
и
I*
и.
О
с
х
а:
CD
О
О.
5
X
О
ш
1...3
3...5
5...7
5...10 5...15 5...20 5...25 5...30 5...35 5...40 5...45 5...50 5...55 5...60
Количество активных абонентов в секторе, шт
Рис. 3.35 Зависимость уровня блокировок для ГОЛОСОВОГО сервиса от
абонентской нагрузки в секторе при изменении конфигурации ресурса Iub.
Зависимость уровня блокировок для пакетного трафика от конфигурации
интерфейса Iub при условии роста абонентской нагрузки представлена на рис.
3.36.
100
90
х
80
^ 70
в я 60
О
х ей
о 50
X
С2 ш 40
а. Г) 30
20
о
10
-О
0
—|
сп
>/->
О
о
СП
1Г)
СП
о
1П
о
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.36. Зависимость уровня блокировок для пакетного трафика от
конфигурации интерфейса Iub при увеличении абонентской нагрузки
157
IT)
IT)
Уровень блокировок для пакетных абонентов при увеличении нагрузки
имеет явную зависимость от конфигурации интерфейса lub. Очевидно, что
конфигурация 1хЕ1 может применяться только на тех базовых станциях, где
ожидается очень низкая абонентская нагрузка и с большой вероятностью для
таких
БС необходимо
проведение ряда мероприятий, направленных
на
уменьшение блокировок для голосового и пакетного сервиса. В том случае,
когда необходимо обеспечить высокоскоростной доступ со скоростями 3,6
Мбит/сек, данная конфигурация неприемлема.
На
рис. 3.37
представлена
зависимость
максимального
количества
абонентов с голосовым и пакетным трафиком, которые могут быть обслужены
базовой станцией при текущей конфигурации интерфейса lub. Максимальное
количество обслуживаемых в секторе абонентов учитывает блокировки для
голосовых
и
пакетных
сервисов.
Поскольку
данные
являются
среднестатистическими, возможно использование нецелых чисел для оценки
количества одновременно обслуживаемых абонентов.
Можно сделать вывод, что при росте абонентской нагрузке в секторе
скорость у абонентов HSDPA стремиться к значению GBR, а конфигурация
интерфейса
lub
определяет
максимальное
количество
абонентов,
одновременно обслуживаемых в секторе.
О
00
а р
§ *
X
X
3
. 10
<D
§ 2 о.
1хЕ1
5хЕ1
2хЕ1
ЗхЕ1
4хЕ1
Конфигурация интерфейса lub
Рис. 3. 37. Максимальное количество одновременно обслуживаемых
абонентов в секторе WCDMA в зависимости от конфигурации интерфейса IuB
158
На рис. 3.38 представлена зависимость скорости передачи данных для
абонентов HSDPA от абонентской нагрузки
в секторе
при
различных
конфигурациях интерфейса lub.
§
2500
Ч о
^
| I 2000
я Н
^Д
s g 1500
I
Д
-Ф-1хЕ1 -*-2хЕ1
/л\
-*-ЗхЕ1 -*-4хЕ1
\\
\ \ у
Q
-Ж-5хЕ1
GBR
1 5 юоо
с В
~
ВС
В I 500
о о
о. ю
В *
и
0
v:
"^'с
•
•!.
.:„
...
'•
.....
m
1/~)
СО
о
CN
«о
о
CN
in
1/->
о
—i
—1
CN
О
in
fN
>n
m
О
ел
О
in
о
in
in
in
in
о
m
О
m
о
"О
in
in
Количество активных абонентов в секторе, шт
Рис. 3.38. Зависимость скорости передачи данных для абонентов HSDPA при
увеличении абонентской нагрузки для различных конфигураций интерфейса lub
При невысокой абонентской нагрузке расширение полосы пропускная
канала интерфейса lub позволяет увеличить скорости передачи данных для
абонентов HSDPA. Для дальнейших расчетов примем, что конфигурация
интерфейса lub ограничивается четырьмя потоками Е1.
Для устранения блокировок по голосовому сервису в общей полосе
пропускания канала интерфейса lub возможно резервировать часть ресурса.
При этом данная зарезервированная полоса становиться недоступной для
пакетного трафика. Рассмотрим влияние размера резервируемой полосы для
голосового трафика на блокировки.
На рис. 3.39 представлены графики, отображающие влияние ширины
полосы, резервируемой в канале интерфейса lub для голосового трафика на
уровень блокировок для голосовых соединений.
При увеличении резервируемой полосы для передачи голосового трафика
снижается уровень блокировок. При ширине резервируемой
полосы для
передачи голосового трафика равной 15% от конфигурации 4хЕ1, блокировки
159
для голосового трафика равны нулю во всем диапазоне рассматриваемой
абонентской нагрузки.
(Г)
in
—с
го
гm
о
in
in
о
о
in
wi
о
CN
О
(Я
in
in
СМ
©
о
<*
О
in
S
in
ш
in
in
о
in
о
in
in
Количество активных абонентов, шт.
Рис. 3.39. Влияние резервируемой полосы пропускная интерфейса Iub для
голосового трафика на уровень блокировок
При
увеличении
уменьшается
полоса,
резервируемой
которая
может
полосы
быть
для
голосового
использована
трафика
пакетными
абонентами. На рис. 3.40 представлена зависимость уровня блокировок для
пакетных сервисов от резервируемой полосы для голосовых абонентов в
условиях возрастания абонентской нагрузки.
80
& § 75
s
I.5 I 70
| Ц 65
11
60
55
50
! I
CS=15%
CS=5%
CS=10%
Конфигурация интерфейса Iub
Рис. 3.40. Максимальные уровни блокировок для пакетных сервисов при
изменении полосы, резервируемой на в канале интерфейса Iub для голосового
сервиса
CS=0%
По результатам проведенных расчетов наиболее оптимальным значением
резервируемой полосы для голосового трафика при выбранной конфигурации
160
интерфейса Iub является 10%. Блокировки для голосового сервиса при
максимальной абонентской нагрузке не превышают 3,5%, а увеличение
блокировок для пакетного трафика при уменьшении полосы пропускания
находится в пределах 7%. Если резервируемую полосу для голосового сервиса
выбрать равной 15%, увеличение блокировок для пакетного трафика превысит
15%. Значение резервируемой полосы для голосового трафика, равное 10% от
конфигурации 4хЕ1 выбрано для дальнейших расчетов.
Снижение уровня блокировок для пакетных сервисов при увеличении
абонентской нагрузки вследствие ограниченности пропускной способности
канала
интерфейса
Iub
возможно
путем
уменьшения
гарантированной
скорости передачи данных для абонентов HSDPA. Рассмотрим влияние
значения гарантированной скорости передачи данных для абонентов HSDPA
на уровни блокировок по пакетным сервисам. При этом ограничимся
значениями GBR=64, 144 и 384 кбит/с.
На рис. 3.41 представлена зависимость уровня блокировок для пакетных
сервисов при увеличении абонентской нагрузки и установленном в RNC
значении гарантированной скорости передачи данных для абонентов HSDPA.
c
—<
-
i
сч
i
o
w-i
r
i
:
r
o
:
)
—
i
©
n
:
m
—
o
i
:
.
©
m
©
i c N C
o
o
i
N
c
m
r
:
o
>
o
:
©
c o
m
i
^
o
:
-
n
T
m
:
©
f
o
i
r
.
n
m
.
m
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.41. Зависимость уровня блокировок для пакетных сервисов при росте
абонентской нагрузки от значения GBR для абонентов HSDPA
161
Снижение гарантированной скорости передачи данных для абонентов
HSDPA приводит к снижению уровня блокировок для абонентов с услугами
пакетной
передачи
данных.
Отрицательным
эффектом
при
снижении
гарантированной скорости передачи данных является уменьшение скорости
передачи данных. На рис. 3.42 представлена зависимость скорости передачи
данных для абонентов HSDPA от абонентской нагрузки при различных
значениях гарантированной скорости передачи данных для абонентов HSDPA.
C
—i
l
V
>
m
r
-
*
щ
©
W
*
"
.
>
©
.
u
>
.
i
©
V
l
.
n
©
.
©
w
-
W
.
)
4
©
©
.
m
V
>
©
.
©
W
.
i
/
~
.
)
"
>
©
•
©
i
n
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.42. Зависимость скорости передачи данных для абонентов HSDPA от
абонентской нагрузки в секторе при различных значениях GBR
Из полученных графиков зависимостей скоростей передачи данных для
абонентов
HSDPA
можно
сделать
вывод
о
том,
что
уменьшение
гарантированной скорости передачи данных при возрастании абонентской
нагрузки приводит к тому, что абоненты HSDPA получают более низкую
скорость
передачи
данных.
Для
дальнейших
расчетов
примем,
что
гарантированная скорость передачи данных для абонентов HSDPA равна 144
кбит/с.
Гарантированная
параметром,
который
скорость
передачи
устанавливается
данных
в
является
контроллере
глобальным
радиосети.
Для
уменьшения блокировок по пакетному трафику при увеличении абонентской
162
нагрузки на отдельных базовых станциях производитель оборудования Huawei
предлагает использовать коэффициент активности абонента. При установке
соединения за абонентом резервируется полоса в канале интерфейса Iub,
которая
зависит
от
типа
гарантированной скоростью
запрашиваемого
передачи
соединения
и
определяется
данных. Коэффициент активности
уменьшает резервируемую полосу, позволяя обслуживать большее количество
абонентов. Уменьшение резервируемой полосы возможно благодаря тому, что
активность абонентов в среднем не равна единице.
Данная функциональность позволяет уменьшить блокировки, однако при
этом
необходимо
определить
устанавливаемое
значение
активности
абонентов, которое позволит максимально сократить уровень блокировок и не
приведет к деградации сервисов. Деградация^сервисов возникает в том случае,
когда установленный коэффициент активности абонентов имеет заниженное
значение и реальная полоса пропускания канала интерфейса Iub становится
меньше, чем сумма гарантированных скоростей, установленных для активных
абонентов. .
На
рис.
возрастании
3.43
представлена
зависимость
абонентской нагрузки
в секторе
уровня
для
блокировок
различных
при
значений
коэффициента активности пакетных абонентов. Коэффициент активности
голосовых абонентов принят равным 0,7.
Уменьшение-
коэффициента
активности
для
пакетных
абонентов
позволяет значительно сократить уровень блокировок в секторе. Однако для
предотвращения деградации пакетных сервисов необходимо контролировать
реальный коэффициент активности абонентов в сети, который может быть
рассчитан на основе сетевой статистики.
Рассчитанные с помощью математической модели зависимости уровня
блокировок для голосовых и пакетных сервисов от абонентской нагрузки
позволяют делать оценки качества обслуживания абонентов в зависимости от
163
конфигурации
ресурса
интерфейса
Iub
о
1П
О
СП
1П
ГО
>П
О
1П
О
го
настроек
и
параметров
радиоподсистемы.
70
X
-2
60
и
м
я
50
сч
§ * 40
ь< ва
О о
CQ
изо
О
о
О
D. CQ
S
ч
ю
-С
&90
10
в
<D
0
О
п.
>.
сч
in
—|
m
п
1П
О
9
in
о
in
in
in
о
1П
о
in
о
in
in
in
со
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.43. Зависимость уровня блокировок для пакетных сервисов при
увеличении абонентской нагрузки от установленного коэффициента
активности пакетных абонентов
На основе данных об абонентской нагрузке можно оценить требуемые
ресурсы для обеспечения необходимого качества обслуживания абонентов.
3.3.5 РЕСУРС ПРОИЗВОДИТЕЛЬНОСТИ БАЗОВОЙ СТАНЦИИ
Ресурс производительности базовой станции является ограничением
радиоподсистемы вне зависимости от производителя оборудования, однако, у
разных
расчетов
производителей
имитационной
емкость
модели
оборудования
за
основу
может
выбрана
различаться.
базовая
Для
станция
производства компании Huawei DBS3800. Ресурс производительности базовой
станции определяется количеством канальных элементов, которое для нее
может
быть
назначено
оператором.
Канальные
элементы
являются
лицензируемым ресурсом, они активируют процессорные платы в базовой
станции.
164
На рис. 3.34 представлена блок-схема алгоритма имитационной модели
абонентской нагрузки для ресурса производительности базовой станции.
1. Входные параметры для СИМУЛЯЦИИ
Блок 1.1 Количество активных абонентов в секторе, распределение абонентов по
сервисам
Блок 1.2 Конфигурация канальных
элементов базовой станции,
максимальная процессорная емкость
Блок 1.3 Таблица утилизации
процессорной емкости голосовыми и
пакетными соединениями
з^>:
2. Расчет загрузки и уровня блокировок
Блок 2.1 Расчет уровня блокировок
Блок 2.2 Расчет загрузки процессорной
ёмкости
Рис. 3.44. Блок-схема алгоритма симулятора для нагрузки по ресурсу
процессорной емкости базовой станции
Ресурс канальных элементов является ресурсом базовой станции, так что
для выбранной конфигурации с трехсекторной базовой станцией количество
канальных элементов необходимо разделить на 3 при условии равномерного
распределения нагрузки между секторами. Процессорная емкость базовой
станции разделяется по прямому и обратному каналу, поэтому учитывать
вероятные перегрузки нужно раздельно.
В первой части схемы происходит сбор и агрегация входных данных,
необходимых для проведения расчетов имитационной модели. Блок
является
генератором
абонентской
нагрузки.
В
блоке
1.2
1.1
хранится
информация о конфигурации канальных элементов для базовой станции и
максимальной процессорной емкости для NodeB Huawei DBS3800. Данные
сведены в табл. 3.16.
Количество лицензий на канальные элементы изменяется на величину,
кратную 16, поскольку именно такую производительность имеет каждая плата
процессорного
блока.
Начальная
конфигурация, рассчитанная
165
на
50%
абонентскую загрузку,
определяет количество канальных элементов для
прямого и обратного каналов равную 96.
Таблица 3.16
Емкость процессоров БС DBS 3800 Huawei
Количество канальных элементов U L
Количество канальных элементов D L
16
32
48
64
80
96
112
128
144
160
176
192
16
32
48
64
80
96
112
128
144
160
176
192
208
224
240
256
-
Максимальная процессорная емкость базовой станции с одним блоком
BBU (Base Band Unit) составляет в обратном канале 192 канальных элемента, а
в прямом канале 256 канальных элементов. Для наращивания процессорной
емкости
необходимо
производить
дооборудование
базовой
станции
с
помощью дополнительных плат расширения, которые увеличивают емкость
станции в два раза.
В блоке 1.3 хранится таблица соответствия запрашиваемых абонентами
услуг и соответствующих
им RAB
и количества канальных элементов,
необходимых для их работы. Эти данные приведены в табл. 2.12 и 2.13. Для
таблицы утилизации процессорной емкости базовой станции различными
типами RAB следует выделить несколько моментов:
утилизация канальных элементов в обратном канале больше либо равна
утилизации канальных элементов в прямом канале, а с учетом максимально
1бб
возможной нагрузки на процессоры базовой станции очевидно, что UL
канальные элементы являются более ограниченным ресурсом, чем DL;
протокол
HSDPA
использует
отдельные
процессорные
платы,
производительность которых не ограничивается, для одного абонента HSDPA
необходим единственный канальный элемент в прямом канале для работы
канала A-DPCH;
протокол HSUPA использует тот же процессорный ресурс, что и каналы
WCDMA R'99, причем в обратном канале для одного абонента с технологией
HSUPA 8 категории (1,4 Мбит/с) резервируется 20 канальных элементов.
Из
указанных
эксплуатацию
особенностей
технологии
видно,
HSUPA
что
требует
ввод
в
коммерческую
наращивания
процессорной
емкости базовых станций с помощью дополнительных плат расширения.
Во
второй
части
блок-схемы
алгоритма
представлен
процесс
имитационного моделирования влияния абонентской нагрузки на утилизацию
процессорной
емкости
оборудования
базовой
станции.
В
блоке
2.1
производятся вычисления уровня блокировок по ограничению процессорной
емкости базовой станции. Блокировки по процессорной емкости для прямого
или обратного каналов возникают в том случае, когда при добавлении нового
активного абонента требуемое количество канальных элементов превышает их
сконфигурированное количество. Требуемое количество канальных элементов
в прямом и обратном каналах определяется по формулам
CCEJJL
— MQSJJL * NCs + MPS64_UL
NpS384 +
MHSUPA_UL
*
* NPS64
+ MPS144_UL
* NPS144
+ MPS3Q4_UL
*
(3.42)
NHSUPA
и
CCE_DL
=
Mcs
DL
* Ncs + MPS64._DL * NPS64
+ MPS144_DL
NpS384 + MHSDPA * N HSDPA + ^HSUPA_DL * ^HSU PA-
* NPS144.
+ MPS3Q4_DL
*
(3.43)
Тогда условия возникновения блокировок по процессорной емкости
выглядят следующим образом:
ССЕ JUL > CcE_UL_CONF
167
(3.44)
и
CcE_DL > CcE_DL_CONF-
(3.45)
В (3.44) и (3.45) CCE_DL_CONF и CCE_UL_CONF- сконфигурированные значения
канальных элементов для прямого и обратного каналов. Максимальные
значения для CCE_DL_CONF И CCE_UL_CONF определены в табл. 3.17. В том случае,
если конфигурация канальных элементов на базовой станции максимальная и
блокировки по данному ресурсу больше нуля, необходимо
физическое
расширение базовой станции с помощью процессорных плат.
Уровень блокировок по недостатку процессорной емкости или лицензий
канальных элементов
в обратном
канале рассчитывается
отдельно
для
голосовых и пакетных абонентов по формулам
PBLK cs СЕ UL = ЮО * ^ щ у / ,
( 3 4 6 )
и
PBLK_PS_CE_UL
Аналогичные
формулы
= ЮО * ^ у ^ .
используются
(3.47)
для
расчета
блокировок
по
процессорной емкости в прямом канале:
PBLK_CS_CE_DL
= ЮО * I C ^ D C c g ; D L
(3.48)
= Ю0 * ^ff^.
(3.49)
и
PBLK PS СЕ DL
В (3.46) - (3.49) CCS_CE_UU
CCS_CE_DL,
CPS_CE_UL
И CPS_CE_DL
-
количество
соединений, которым было отказано в предоставлении сервисов по причине
нехватки ресурса процессорной емкости.
Если блокировки по канальным элементам отличаются от
нулевого
значения, утилизация данного типа канальных элементов (прямого или
обратного каналов) приравнивается 100%.
168
В том случае, когда условия (3.44) и (3.45) не выполняется, производится
расчет утилизации канальных элементов отдельно для прямого и обратного
каналов:
KCE_UL
= 100 * (MCS_UL * Ncs + MPS64_UL * NPS64 + MPS144_UL * NPS144 +
MPS384_ l/L* NPS384+ MNSUPA_ l/l* NHS(/PA/CCF_ l/L_ CONF
0.49)
KCE.DL
= 100 * (MCSDL * Ncs + MPS64DL
* NPS64 + MPS144DL
MPS384_DL * ^P5384 + ^HSDPA * ^HSDPA + ^HSUPA_DL *
* NPS144 +
^HSUPA)/
^CEJJL.CONF-
(3.50)
Зная нагрузку; создаваемую активными абонентами сектора на ресурс
процессорной емкости базовой станции, можно определять
порог, при
котором необходимо производить расширения емкости. В коммерческой сети
борьба
с
перегрузками
по
процессорной
емкости
базовой
станции
осуществляется путем расширения аппаратной части или с помощью настроек
эстафетных передач и переходов между сетями WCDMA и GSM. Также в
качестве
меры
по уменьшению
загрузки
может
служить
уменьшение
пилотного канала PCPICH, однако этот способ приводит к уменьшению зоны
обслуживания сектора 3G.
Рассмотрим результаты имитационного моделирования, проведенного с
целью определения влияния абонентской нагрузки на качество обслуживания
абонентов с точки зрения утилизации ресурса производительности базовой
станции.
При моделировании
конфигурации
базовой
учитывались
станции: базовая
только
конфигурация
две
возможные
и расширенная
конфигурация с платой дополнительных процессоров обработки сигналов.
На рис. 3.45 представлен график зависимости уровня блокировок для
голосового и пакетного сервисов при увеличении абонентской нагрузки для
двух конфигурации базовой станции, полученный в результате имитационного
моделирования. Следует отметить, что на уровень блокировок по голосовому
сервису, вызванных нехваткой производительности процессоров базовой
станции, в рассматриваемом случае повлиять не возможно.
169
Уровень
блокировок
для
голосового
сервиса
может
значительно
превышать уровень блокировок для пакетных сервисов. Это объясняется тем,
что большинство пакетных абонентов пользуются технологией
HSDPA,
которая не требует использования канальных элементов в обратном канале.
r « " > i / " ) r ~ © i r > © u " ) 0 > o O < o O U ' i ©
r « i i n r - ~ O > n O u " > © > 0 © u - > O u " i O
—| m
—< en u-i
u~i
t n O w - i O i n O i o o w - i O w n
Количество активных абонентов в
секторе, шт.
:
:
:
:
:
:
:
:
:
:
1 0 © 1 Л 1 © 1 Л © 1 Л ) 0 1 п © 1 ^ 1
Количество активных абонентов в секторе,
шт.
Рис. 3.45. Зависимость уровня блокировок для голосового сервиса от
абонентской нагрузки в секторе
В
используемой имитационной модели
не учитывается
утилизация
канальных элементов для установления соединений на уровне RRC. При
высокой абонентской нагрузке в реальной сети возможны ситуации, когда
блокирование установления
сигнализации.
соединений
При этом
могут
соединений
абоненты
испытывать
происходит
кроме
трудности
проблем
при
именно на
при
уровне
установлении
совершении
процедур
мобильности (эстафетные передачи, переходы между сотами, LAU).
Очевидно, что ресурс производительности процессоров базовой станции
является существенным ограничением в радиоподсистеме и может оказать
значительное
влияние
на
качество
обслуживания
абонентов.
Главной
особенностью данного ресурса является то, что для голосового сервиса
невозможно зарезервировать часть ресурса. Кроме того, недостаток данного
ресурса оказывает влияние на абонентов при процедурах мобильности. При
использовании технологии высокоскоростной передачи данных по линии
170
вверх HSUPA или при добавлении на базовой станции второй несущей
частоты необходимо использовать расширенную конфигурацию процессорной
емкости базовой станции. Одно соединение с поддержкой технологии HSUPA
третьей категории с максимальной скоростью передачи данных 1,4 Мбит/с
резервирует двадцать канальных элементов в обратном канале.
3.4 РЕЗУЛЬТАТЫ ИМИТАЦИОННОГО МОДЕЛИРОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ
СОВОКУПНОСТИ
РЕСУРСОВ
НА
КАЧЕСТВО
ОБСЛУЖИВАНИЯ
АБОНЕНТОВ
Интегральная оценка влияния ограничений ресурсов радиоподсистемы на
качество обслуживания
технологий
абонентов в сети WCDMA
высокоскоростной
передачи
сравнение влияния совокупности
данных
с использованием
позволяет
провести
ограничений и определить
наиболее
критичные ограничения по ресурсам. Результирующее влияние на качество
обслуживания абонентов будет зависеть от взаимодействия ограничений по
ресурсам радиоподсистемы.
Рассмотрим
результаты
имитационного
моделирования
влияния
абонентской нагрузки на утилизацию ресурсов радиоподсистемы и качество
обслуживания абонентов. В качестве начальных условий по ограничению
ресурсов, поведенческой модели абонентов и распределения ресурсов между
голосовыми и пакетными абонентами а так же между абонентами WCDMA
Release'99
и
HSDPA/HSUPA
выбираются
значения,
соответствующие
результатам имитационного моделирования влияния ограничений каждого
ресурса радиоподсистемы. Начальные условия сведены в табл. 3.17.
171
Таблица 3.17
Начальные значения имитационной модели совокупности ресурсов
Параметр
Коэффициент активности голосовых
абонентов
Коэффициент активности пакетных
абонентов
Коэффициент помех от соседних
секторов в UL
Требуемое отношение сигнал/шум для
сервиса CS AMR 12.2, дБ
Требуемое отношение сигнал/шум для
сервиса PS 64, дБ
Требуемое отношение сигнал/шум для
сервиса PS 144, дБТребуемое отношение сигнал/шум для
сервиса PS 384, дБ
Требуемое отношение сигнал/шум для
сервиса PS HSDPA, дБ
Требуемое отношение сигнал/шум для
сервиса PS HSUPA, дБ
Значение
Примечания
0,6
фиксированная величина
Значение, выбранное по
результатам проведения
имитационного моделирования
Значение, выбранное по
результатам проведения
имитационного моделирования
0,7
0,7
5
4
3
3
2
2
Ограничение по нагрузке в обратном
канале для PS сервисов, %
Конфигурация интерфейса Iub
85
4хЕ1
Гарантированная скорость передачи
данных HSDPA, кбит/с
144
Количество кодов SF128 для пула
HSDPA, шт.
80
Конфигурация процессорной емкости
NodeB
Мощность служебных каналов
управления, % от макс. Мощности
NodeB
Коэффициент неортогональности
Коэффициент помех от соседних
секторов в прямом канале
192/256
Значение, выбранное по
результатам проведения
имитационного моделирования
ATM, IMA
Значение, выбранное по
результатам проведения
имитационного моделирования
Значение, выбранное по
результатам проведения
имитационного моделирования
Максимальное количество для
конфигурации lxBBU DBS 3800
Huawei
20
0,6
1,7
Рассмотрим результаты имитационного моделирования с начальными
параметрами, представленными в табл. 3.17.
172
100
90
80
О
Я
-о
ь
- 70
601 3
- 50? S
со
m
~н
го
in
in
in
о
-и
О
in
—i
1П
CN
о
CN
О
со
in
CN
m
СП
о
СП
40 s а
я
s
30 <э о
-о
о
20
га
С
10
С
0
о
in
о
in
m
о
in
о
in
о
in
in
СП
^
in
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.46. Зависимость уровня блокировок для голосовых абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы
По результатам имитационного моделирования для голосового сервиса
можно сделать вывод, что блокировки наблюдаются по тем ресурсам, для
которых нет возможности определить границы утилизации для пакетных
сервисов. Основным проблемным ресурсом является мощностной ресурс в
прямом канале.
80
х
X
70
(1)
и
Л
с
к
120
i DL POWER
IULCE
iIUB
!OVSF
IUL INTERFERENCE
PS BLK MAX, %
60
8 ^50
> а
60 о а
ft <т>
isо\
а
&Ч0
—
я
о
кР-
>
-о
а
80 "a о
ы а
о о
о ^40
CQ
о.
S
о
о
а
ю
D)
О
Я
100
а
40 2# •о
В
о
20
20
10
о
и
(Я
о
:*
я
о
0
0
m
—<
со
in
in
о
in
CN
©
со
in
en
in
©
in
©
CN
CN
CN
CO
о
in
4J;
О
>n
in
in
©
in
со
©
>n
©
in
9
m
m
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.47. Зависимость уровня блокировок для пакетных абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы
173
По результатам имитационного моделирования для пакетных сервисов
можно сделать вывод о том, что основным проблемным ресурсом является
интерференция в обратном канале сектора WCDMA. Так как для голосового
сервиса блокировки по ограничению нагрузки в обратном канале равны нулю,
можно изменить ограничение по утилизации ресурса для пакетных сервисов с
85% до 95%.
и #
о _.-
Р- s 70
^
60
сз о
50
| |
40
я
о
*n
о
w-i
о
О
СП
СП
о
1Л)
О
iri
en
о
в
о
©
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.48. Утилизация ресурсов радиоподсистемы при увеличении
абонентской нагрузки в секторе
Графики
зависимостей
утилизации
ресурсов
радиоподсистемы
подтверждают полученные данные по блокировкам. По графику нагрузки
обратного канала можно сделать вывод, что сокращение запаса ресурса для
голосового сервиса может привести к росту утилизации ресурса и сокращению
блокировок.
Зависимость средней скорости пакетной передачи данных для абонентов
HSDPA от абонентской нагрузки в секторе WCDMA на рис. 3.48 определяется
ограничениями пропускной способности канала интерфейса lub. В целом на
среднюю скорость влияет два ресурса: ресурс интерфейса lub и кодовый
ресурс.
174
1800
X
X
о 1600
Ч к
1400
s «
3" • 1200
Л
г
4) Си
1000
gI
800
К
о
о
О
«
о
И
2 600
н 400
к
к 200
о
ко
л
яв
I§
—<
гн
in
Ш
О
CN
КГ)
1П
О
CN
CN
О.
О
en
in
m
сн
О
О
СП
in
СН
О
О
m
«О
о
in
о
1П
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.49. Зависимость скорости передачи данных HSDPA от абонентской
нагрузки в секторе с учетом ограничений по всем ресурсам радиоподсистемы
и
При конфигурации кодового ресурса с пулом HSDPA, состоящим из 10
кодов SF=16, и при конфигурации интерфейса lub ATM 4хЕ1 с учетом
равномерного
распределения
между
секторами
базовой
станции
ограничивающим ресурсом будет является интерфейс lub.
—|
en
in
in
о
in
о
CN
>п
CN
О
en
in
СП
9
о
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.50. Зависимость коэффициентов обрывов для голосовых и пакетных
соединений от абонентской нагрузки в секторе
175
Рассмотрим
результаты
имитационного
моделирования
влияния
абонентской нагрузки на качество п р е д о с т а в л е н и я у с л у г с учетом и з м е н е н и я
с л е д у ю щ и х п а р а м е т р о в (рис. 3.51 - 3.53):
- о г р а н и ч е н и е для п а к е т н ы х а б о н е н т о в по у т и л и з а ц и и ресурса и н т е р ф е р е н ц и и
в обратном канале п р и н я т о р а в н ы м 9 5 % ;
- ограничение по м о щ н о с т и в п р я м о м канале для с е р в и с о в P S 1 4 4 и P S 3 8 4
установлено равным 2 5 % и 4 0 % соответственно.
80
70
Ы ев 60
••• DL POWER
2 О,
и 50
OVSF
S
US
о о 40
и
ю
о
и
•а
о
IJ
in
in
^
m
43
еэ
о
я
тз
70
11
j
11
о
m
О
en
in
en
О
m
in
О
CN
in
CN
О
en
m
en
о
CN
m
'
60
W m
Iю
—i
*
.
JI
§20
о
•
I
CS BLK MAX ,%
со
X
1
«••ULCE
I зо
л
^
••HUB
О
О
80
••• ULINTERFEREN :E
к
J
U
о
m
in
in
m
о
m
lU
fa
Я
50" , В
О щ
40 тЗ Я
О
«
30 5 |
20^|
о
10
к
О
а
о
0
о
m
m
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.51. З а в и с и м о с т ь у р о в н я б л о к и р о в о к для г о л о с о в ы х а б о н е н т о в от
количества а к т и в н ы х а б о н е н т о в в секторе и р а с п р е д е л е н и е б л о к и р о в о к п о
ресурсам радиоподсистемы
80
§ с#70
09
••• DL POWER
о.
••"OVSF
§50
о,
S
ы
о 840
О
CQ
О
!
|
I 1L• L
АШ
—
1
&20
о
50"g h
1
PS BLK MAX, %
= 10
m
en
m
8n
60
•"ULCE
в
ю 330
А х
X
*0
u>
r>
X
70
Щ :: .
•»ШВ
о «60
<и
80
ШШШ UL INTERFERENCE
m-**
in
m
о
1
m
CN
О
CN
О
en
in
CN
in
en
О
•
m
en
in
о
in
о
n
40^
n
о
10
о
I
5
30 I о
20^
in
in
X
X
0
о
in
о
о
in
in
en
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.52. Зависимость уровня блокировок для пакетных абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы
176
in
CN
i
in
54
Я
43
О
w
о
я
о
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.53. Утилизация ресурсов радиоподсистемы при увеличении
абонентской нагрузки в секторе
Из графиков утилизации ресурсов радиоподсистемы, полученных в
результате имитационного моделирования при скорректированных значениях
ограничения
нагрузки
в
обратном
канале
для
пакетных
сервисов
и
максимальным мощностям в прямом канале для сервисов PS 144 и PS384,
можно сделать вывод, что ресурсы радиоподсистемы используются более
корректно. Этот вывод
можно сделать
утилизации
наибольшее
рациональном
ресурсов:
выборе
конфигурации
на основании анализа
совпадение
ресурсов.
кривых
свидетельствует
Произошло
о
снижение
утилизации ресурса мощности в прямом канале, однако данный ресурс
остался наиболее критичным в смысле влияния на качество обслуживания
абонентов.
Основным решением для борьбы с блокировками по мощности в прямом
канале является ввод в эксплуатацию второй несущей частоты и оптимальное
распределение нагрузки между двумя несущими.
Результатом увеличения порога нагрузки по обратному каналу для
пакетных абонентов стало увеличение коэффициента обрывов для голосовых
и пакетных соединений вследствие эффекта «дыхания» соты. Рассмотрим
177
влияние
некорректного
выбора
конфигурации
и
параметров
ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов.
р->
in
—I
о
1П
1П
О
О
m
CN
гп
m
о
«п
сн
CN
о
in
1П
СП
о
9
о
in
о
ITS
о
in
in
>n
m
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.54. Зависимость коэффициентов обрывов для голосовых и пакетных
соединений от абонентской нагрузки в секторе
Ограничим
максимальное
количество
канальных
элементов,
установленное на базовой станции, до 92 в обратном канале и 128 в прямом
канале (50% нагрузка на процессоры БС).
100
90
# 80
о «Г 70
к 60
О
О. со
X а- 50
ы
о о 40
н
ю 130
- § 20
03 8 10
о
а. Ъ о
120
•Mi UL INTERFERENCE
•••шв
н
1
" • D L POWER
HMBOVSF
CQ
in
о
—н
—I
fo
- 100
ш
•
•••ULCE
CSBLKMAX.%
en
•...•».
in
—1
-a
80 о §
ft о
605 g
1
1J
in
со
о
о
CN
in
1П
CN
О
СП
in
en
о
m
О
m
m
О
о
in
CN
о
СП
in
СП
о
-rj-
in
тГ
О
in
in
in
СЧ
Количество активных абонентов в секторе, шт.
in
- 40 | ^
- о
20 $R s
о
0
§
ж
Рис. 3.55. Зависимость уровня блокировок для голосовых абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы с ограничением по СЕ
178
90
§ # 80
w
'Л. ее
'J о
О
()
"
—
70
ё
H
. . , - ' " ' " " '
'•
™.
-
- 60
д
1 20
—
en
0
m
О
in
en
о
I
be
n
Ol
# s
Ш
о
«1=
T)
n
о
о
40 s з
и
J7
20
10
а
"О
rt
h
ВЭ
PSBLKMAX, %
30
»о
100
80
Jr
«•iULCE
40
т
•
•••OVSF
50
EC
у
о
ее
V
О rfl
С- а
IUB
•••DL POWER
ее
s г. 60
о
120
••• UL INTERFERENCE
О
m
en
о
9
in
o
in
in
m
о
in
О
en
m
in
о
in
О
m
in
in
rn
m
iri
О
-a
о
се
о
кя
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.56. Зависимость уровня блокировок для пакетных абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы с ограничением по СЕ
Для
следующего
примера
некорректной
конфигурации
ограничим
пропускную способность интерфейса lub до 2хЕ1. Результаты имитационного
моделирования представлены на рис. 3.57-3.58.
s&
ч
ы
о
<я
о
3
о
Ч
о
S
О 03
О* £Х
S U
СО
о
L
ю со
о
X о
и
m о
о о
m
in
-«
en
in
in
о
in
1П
О
CN
о
m
m
CN
1П
О
m
о
en
in
9
en
in
О
in
o
in
4t
in
in
о
о
in
in
in
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.57. Зависимость уровня блокировок для голосовых абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы с ограничением по lub
179
по
и
^ ™ UL INl'KRHiRENCE
е й IUB
•••DL TOWER
100
1^
90
о
ее
о
р. в
о о
5 *
ю а
о я
80
70
60
50
40
1
1
1
1
1
•MMOVSF
•••ULCE
PSBLKMAX, /0
1
1
"
1
0.9
0.8
о
a
sn
0.68 a
n
0.5^ я
s
Ч
0.4 2
0.3^ s
о
0.2
со
о
- 0.1
Я
о
0
m
/1
20
10
0
—<
en
in
in
Ш
о
IT)
О
о
in
О
1П
CO
О
О
1П
1П
О
en
о
m
о
in
О
in
in
in
in
in
4F
Количество активных абонентов в секторе, шт.
Рис. 3.58. Зависимость уровня блокировок для пакетных абонентов от
количества активных абонентов в секторе и распределение блокировок по
ресурсам радиоподсистемы с ограничением по Iub
Из графиков уровней блокировок и распределения блокировок между
ресурсами радиоподсистемы можно сделать вывод о том, что некорректная
конфигурация
ресурсов
предоставляемых
услуг
может
и
привести
к
нецелесообразному
ухудшению
качества
распределению
ресурсов.
Например, ограничение по количеству выделенных кодов для пула HSDPA
может отразится на утилизации интерфейса Iub, который зачастую является
одним из самых проблемных ресурсов, требующих существенных финансовых
затрат.
С другой стороны, количество кодов SF=16 также
лицензионно.
Таким
радиоподсистемы
образом,
может
несоответствие
приводить
не только
ограничивается
конфигураций
ресурсов
к деградации
качества
предоставляемых услуг, но и к финансовым потерям.
Представленная методика
расчета
и имитационного моделирования
утилизации ресурсов радиоподсистемы может быть полезна как на этапе
планирования
конфигураций
радиоподсистемы
при
наличии
WCDMA
проблемных
для
ресурсов,
эксплуатации для выявления проблемных ресурсов.
180
получения
так
оптимальных
и
на
этапе
3.5 ВЫВОДЫ
Основные результаты исследований в данной главе:
1. Для
проведения
имитационного
моделирования
влияния
ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов разработана модель
абонентской нагрузки, которая включает в себя следующие параметры:
- распределение абонентов между услугами и технологиями доступа, которое
основывается на статистике реальной сети по запросам установления
соединений;
- усредненный коэффициент активности для соединений с пакетной передачей
данных, рассчитанный на основе статистических данных по типам трафика в
реальной сети WCDMA;
- распределение абонентов по удаленности от центра зоны облуживания
сектора;
- среднюю пропускную способность одного канала HS-PDSCH, выбранную на
основе проведенного тестирования.
2. На базе модели абонентской нагрузки разработана имитационная модель
влияния ограничений ресурсов радиоподсистемы на качество обслуживания
абонентов для декомпозиции ресурсов радиоподсистемы.
3. В процессе имитационного моделирования проведен анализ влияния
основных параметров радиоподсистемы, таких как гарантированная скорость
передачи данных, распределение кодового ресурса между технологиями
доступа, конфигурации интерфейса lub, на основе которого определены
значения, позволяющие повысить качество обслуживания абонентов.
4. Проведено имитационное моделирование влияния совокупности ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов, в результате которого
проведена
настройка
параметров,
влияющих
на
загрузку
ресурсов
радиоподсистемы, приведены примеры некорректных конфигураций ресурсов.
181
5. Проведено тестирование влияния технологии высокоскоростного доступа к
сети
по обратному
каналу
HSUPA. Проведено
сравнение
результатов
математического расчета и результатов тестирования на тестовом стенде,
сделаны выводы о высоком уровне интерференции в обратном канале при
использовании доступа HSUPA.
С учетом проведенных исследований и полученных результатов
следующей
главе
комплекса
по
радиоподсистемы,
будет
рассмотрен
автоматическому
представлены
пример
реализации
управлению
алгоритмы
реальной сети WCDMA.
182
программного
загрузкой
и результаты
в
ресурсов
внедрения
в
Глава 4. УПРАВЛЕНИЕ ПАРАМЕТРАМИ ЗАГРУЗКИ РЕСУРСОВ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ СЕТИ WCDMA
4.1
ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ
Появление новых предложений и снижение стоимости услуг передачи
данных в сетях сотовой связи WCDMA приводит к постоянному росту
трафика, то
есть абонентской нагрузки. Сезонные изменения трафика,
массовые мероприятия приводят к тому, что с точки зрения базовых станций и
секторов абонентская нагрузка может изменяться в большом диапазоне за
короткие промежутки времени.
Адаптация параметров радиосети к абонентской нагрузке способствует
увеличению
качества
обслуживания
пропускную
способность
сектора,
абонентов
то
есть
и
позволяет
выручку
увеличить
оператора.
Для
своевременного управления параметрами, влияющими на загрузку ресурсов
радиоподсистемы,
необходимо
определить
статистические
показатели,
которые будут служить индикаторами для выполнения оптимизационных
мероприятий.
Основываясь на данных
математическом
необходимо
происходить
аппарате
разработать
управление
индикаторах
и результатам
работы
разработанном
имитационного моделирования
алгоритмы, в соответствии
параметрами
сети,
с которыми
радиоподсистемы
и
будет
загрузкой
интерфейсов. Очевидно, что параметры, отвечающие за загрузку ресурсов
уровня соты или базовой станции, настраивать вручную в масштабах реальной
сети невозможно.
В связи с этим следующим шагом к созданию программного обеспечения
по
управлению
ресурсами
радиоподсистемы
будет
заключаться
в
автоматизации процессов управления. Дополнительно необходимо решить
проблемы, связанные с взаимодействием
183
разработанного
программного
обеспечения
и
системы
управления
радиосетью,
которая
создается
производителем оборудования RAN.
По
результатам
внедрения
программного
обеспечения
управления
ресурсами радиоподсистемы в сеть WCDMA производится оценка основных
показателей работы сети KPI и делаются выводы об успешности реализации
программного комплекса.
4.2
ФОРМИРОВАНИЕ СТАТИСТИЧЕСКИХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА
ОБСЛУЖИВАНИЯ
АБОНЕНТОВ
И
ЗАГРУЗКИ
РЕСУРСОВ
РАДИОПОДСИСТЕМЫ
В связи с ростом нагрузки в сети 3G и ограниченностью ресурсов
радиоподсистемы
предоставляемых
необходим
услуг.
В
постоянный
соответствии
с
мониторинг
качества
существующими
ресурсами
радиоподсистемы можно выделить следующие типы блокировок, за которыми
необходимо осуществлять контроль:
- блокировки по ограничению нагрузки в обратном канале WCDMA;
- блокировки по лицензиям канальных элементов в прямом и обратном
каналах;
- блокировки по производительности оборудования;
- блокировки по кодам OVSF;
- блокировки по нехватке ширины канала интерфейса Iub;
Для
контроля
качества
предоставляемых
услуг
необходимы
дополнительные показатели работы сети:
- использование мощности в прямом канале абонентами WCDMA R'99;
- объем передаваемых пакетных данных;
- количество обрывов голосовых и пакетных сессий;
- количество межсистемных эстафетных передач из сети 3G в сеть 2G для
голосовых и пакетных соединений;
184
- уровень интерференции в секторах.
Основные показатели качества работы сети WCDMA KPI образуются
путем
применения простейших
статистической
математических
информацией, которая
операций над
собирается
в NodeB
базовой
и RNC и
пересылается в систему управления радиоподсистемой и представлены в
Приложении 1. В системе управления радиоподсистемой (СУ UTRAN) у всех
ведущих производителей имеется возможность создания KPI по формулам.
Рассмотрим подробнее основные KPI, необходимые для контроля качества
Для формирования индикаторов, по которым будет приниматься решение
об изменении параметров радиоподсистемы, кроме блокировок по ресурсам
радиоподсистемы оценивается статистика по средней мощности БС в прямом
канале, объем переданных пакетных данных отдельно для абонентов WCDMA
R'99 и HSDPA/HSUPA, количество обрывов для голосовых и пакетных
соединений, количество эстафетных передач для голосовых и пакетных
абонентов, средний уровень RTWP в секторе.
Примеры расчета уровня блокировок и обрывов показаны, например, для
мощностного ресурса в прямом канале и описываются формулами (3.14),
(3.15) и (3.17). Блокировки по ресурсам радиоподсистемы являются частью
статистики, отражающей доступность
сети для абонентов, а обрывы
-
целостность соединений.
Абонентская
нагрузка
кроме
постоянного
роста,
который
можно
предсказать, пользуясь долгосрочной статистикой и построением на ее основе
тренда, имеет и случайный характер, который особенно заметен не в целом по
сети, а для конкретных базовых станций. Такой случайный процесс может
быть связан с массовыми скоплениями абонентов в связи с проведением
различных мероприятий. Кроме того, в сети наблюдаются колебания трафика
связанные с сезонными особенностями. В связи с этим контроль качества
предоставляемых абонентам сервисов необходимо осуществлять в режиме,
приближенном к реальному времени.
185
Возможность
создания
предусматривается
производителей.
индикаторов
в системах
управления
Предлагаемые
аварийные
или
аварийных
радиосетью
события,
у
событий
большинства
основанные
на
статистических данных, представлены в Приложении 1. Ниже приведен
пример
условий
активации
и
деактивации
аварийного
события,
свидетельствующего о превышении допустимого порога по блокировками по
причине ограничения нагрузки в обратном канале.
Аварийное событие «Высокий уровень блокировок по интерференции в UL»
Условие активации аварийного события:
{CSJUiB_BLKJJLJNT>=Kcs_uLjm\\PS_RAB_BLK_ULJNT>=KpS_ULJNT}.
В (4.1) KCs_uL_iNr и KPSJJLJNT-
(4.1)
максимальные допустимые блокировки по
голосовому и пакетному трафику, связанные с ограничением по нагрузке в
обратном канале.
Условие деактивации аварийного события:
{CS_RAB_BLKJJLJNT
< (KCS_ULINT
* HCSULJNT)&.PS_RAB_BLK_ULJNT
<
(42)
(KPS_(/LJNT*HPS_ULJ№).
Отдельно рассмотрим аварийные события, связанные с превышением
допустимого порога по обрывам активных соединений для голосового и
пакетного трафика. В отличие от блокировок, которые возникают в случае
перегрузок на базовых станциях, что само собой предполагает
наличие
большого объема трафика, аварийные события, связанные с обрывами,
необходимо дополнять объемами трафика.
Например, на слабо загруженной соте может произойти единственный
обрыв, который не должен вызывать аварийное событие, несмотря на то, что
уровень обрывов в процентном соотношении может быть достаточно велик.
Аварийное событие «Высокий уровень обрывов по голосовым или пакетным
соединениям»
Условие активации аварийного события:
{(DCR_CS>=Kcs&&CS_RABjiTIb>=Ncs)\\(DCR_PS>=KPS&&PS_R^
186
В (4.13) Kcs и КPS - пороги по уровню обрывов в процентах, NCs и NPS пороги
по
количеству
попыток
установления
голосовых
и
пакетных
соединений.
Условие деактивации аварийного события:
{DCR_CS < (Kcs * Hcs~)8iDCR_PS < (KPS *
tfP5)},
(4.4)
где Has и HPs - гистерезисы для устранения аварийного события для
голосовых и пакетных соединений.
Необходимо выделить аварийное событие, связанное с высоким уровнем
интерференции в секторе. Как отмечалось ранее, интерференция может носить
внутрисистемный
и
внесистемный
характер.
Внутрисистемная
интерференция, как правило, характеризует нагрузку в сети, в то время как
внесистемная интерференция говорит о наличии внешней помехи. Аварийное
событие,
созданное
на
базе
обнаружении
внесистемной
выбирается
порог
статистических
интерференции.
срабатывания
данных,
В
направлено
соответствии
аварийного
с
события.
на
этим
Анализ
внутрисистемной интерференции проводится отдельно от аварийных событий.
Аварийное событие «Высокий уровень интерференции»
Условие активации аварийного события:
(4.5)
[RTWP_LEV>=RTWP_MAX].
В (4.5) RTWP_MAX - порог для срабатывания аварийного события.
Условие деактивации аварийного события:
(4.6)
{RTWP_LEV<RTWP_MAX*HRTWP},
где HRTWP - гистерезис, который по умолчанию равен 1.
Статистика
по количеству
межсистемных
эстафетных
передач
для
голосовых и пакетных соединений и по использованию мощности базовой
станции абонентами WCDMA R'99 применяется для дополнительного анализа
и не используется в условиях генерации аварийных событий.
Из формул (4.1) - (4.6) и Приложения 1 видно, что для каждого типа
блокировок
по
радиоресурсам
возможно
187
применение
индивидуальных
порогов для активации аварийных событий. Данные пороги выбираются
оператором исходя из собственной политики. В работе принято, что
KcS_UL_CE~ Kcs_DL_CE-J^CS_H W= KcS_OVSF= &CSJ UB~KcS_ ULJNT
(4.7)
и
Kps_UL_CE—Kps_DL_CE=Kps_HW=KpS_OVSF=:KpSJUB=KpS_ULJNT-
(4.8)
Аналогичное условие применятся к гистерезисам:
HCS_UL_CE=HCS_DL_CE=HCS_HW-HCS_OVSF=HCS_IUB=HCS_UL_INT
(4.9)
и
fipS_UL_CE=Hps_DL_CE=HpSjiw=Hps_ovSF:=HpsjUB-Hps_ULJNT-
(4.10)
Следует отметить, что пороговые значения для блокировок по голосовым
и пакетным соединениям не равны. Как правило, для пакетных соединений
допускаются более высокий уровень блокировок. Пороговые значения для
генерации аварийных событий по обрывам голосовых и пакетных соединений
выбираются отдельно в соответствии со стратегией оператора. Порог по
уровню интерференции выбирается из таких соображений, чтобы аварий не
было слишком много. Внесистемную интерференцию характеризуют высокие
уровни помехи, поэтому выбирая порог, следует ориентироваться на значения
> -95 дБм/5МГц.
4.3
ПРЕДЛОЖЕНИЕ
ПО
РЕАЛИЗАЦИИ
СИСТЕМЫ
ОБРАБОТКИ
СТАТИСТИЧЕСКИХ АВАРИЙНЫХ СОБЫТИЙ
Приведенный список аварийных событий может дополняться оператором
по
мере
необходимости.
Статистические
данные,
на
основе
которых
генерируются аварийные события, могут иметь разные периоды измерений. В
зависимости от производителя оборудования периоды измерения составляют
от 5 минут до одних суток. В том случае,
статистических
события
будут
данных
составляет
наиболее
5 минут,
оперативно
188
когда период измерения
статистические
предоставлять
аварийные
информацию
о
перегрузках и ухудшении качества обслуживания в радиоподсистеме. Однако
при использовании короткого периода измерений возникает ограничение,
связанное с производительностью сервера системы управления радиосетью.
При
увеличении
количества
статистических
аварий
и
использовании
короткого периода измерений повышается вероятность перегрузки сервера
системы управления радиоподсистемой. Кроме того, для
пятиминутных
измерений высока вероятность ложного срабатывания аварий, которые будут
связаны с кратковременными всплесками обрывов или блокировок.
Ограничение
по
производительности
сервера
системы
управления
радиосетью не является единственным. В том случае, когда сеть сотовой связи
состоит из оборудования различных производителей, данные аварийные
события приходится создавать отдельно в каждой системе управления. Тогда
возрастает количество источников аварийных событий, а следовательно и
общее количество событий.
В связи с указанными ограничениями целесообразно использование
внешней среды для генерации аварийных событий, которая будет являться,
унифицированным
статистических
программным
аварийных
комплексом
сбора
и
отображения
событий, связанных со снижением
качества
предоставляемых абонентам услуг.
Предлагаемая схема представлена на рис. 4.1. Система управления
радиосетью (поставляемая производителем оборудования) после окончания
периода сбора статистики сохраняет значения всех счетчиков на сервере.
После этого внешний сервер подключается к серверу системы управления
радиосетью и по протоколу FTP (File Transfer Protocol, протокол передачи
файлов) забирает свежие статистические данные, сохраняя их на своем диске.
Реализация такой схемы позволяет также обеспечить долгосрочное хранение
статистических данных, так как сервер управления радиосетью для этого не
предусмотрен. Длительность хранения статистики на сервере управления
производителя ограничена.
189
Г'
Внешняя среда генерации
с.тятистичеглсих япяпийньтх событий
Статистические
данные
Система
управления
радиосетью
Блок 1 агрегации статистических
^ данных, формирование KPI по
формулам, генерации аварийных
событий по порогам
Ж
Блок 2 формирования и
представления аварийных
событий
(СУР)
Команды на
) устранение аварии
Аваоия!
Дежуоная смена,;
ю
Рис. 4.1. Блок-схема реализации внешнего ПК мониторинга аварийных
событий по качеству
Блок 1 рассчитывает KPI, которые принимают участие в формировании
аварийных событий по качеству. По предварительно заданным формулам и
порогам формируются аварийные события. Блок 1 представляет собой базу
данных, обращение к которой происходит с помощью SQL (Structured Query
Language, язык управления базами данных) команд по заранее написанным
процедурам.
Внешняя
система
позволяет
агрегировать
данные
от
оборудования различных производителей. Эти данные хранятся в разных
таблицах, к ним можно применять различные формулы и пороги.
В результате оператор получает единую систему мониторинга аварийных
событий по качеству услуг в сети, которая не ограничена количеством
аварийных событий. Блок 2 является программной средой, в задачи которой
входит отображение аварийных событий с их ранжированием по критичности.
Например, возможно создание аварийного события по ограничению нагрузки
в обратном канале и три порога по блокировкам. Первый порог будет самым
низким и критичность аварии будет небольшой - Minor. Превышение второго
порога переведет аварийное событие в более высокий статус критичности
Major. Превышение третьего порога означает появление аварийного события
190
со статусом Critical. Данный блок реализован на базе среды HP Open View.
Внешний
вид
среды
со
сформированными
аварийными
событиями
представлен на рис. 4.2 [40].
тащ и * я » *л*. т с лл »• л.**ш. х. ша м <§•& "-'а; *
-т.
.лти.с.1
мзау
diЖ
«./i>
. . 1 * «л
«Ж»
MOB
*я*п_*и."
«oar,
«i»
и м я *т it
ifiOftG
•:т
'•
potiMMMlUK* s ***. _»TT_EST *-_*»#-a **e*s к * 4 ^ J . " « « ! ( V I * I ш W»^.*!f 1'ЛСчМ И О»
I U . I » » J * ' M » 4 . » « # j U » j J i Д 1 с т . . W A o JJH w i
«*«UC*TAv'w
• I*VWKU>M>MtM* II « l b
" "
<«»„** v. шил
•n
Н Ю
•n
».«0
(MM
«,'UI_M
«(1С
-ЛИ'. * * №
•*
".-."•.i
MJ0№
mSX4_*
ша
•HJOtlM
* i j t » i-.i
« W W
K*t*_C5.t"CR i i . W M t
•«
л
1<* ) » >
»**
••: l . ' C . w
*t
i.
11ж ЮАЯГИ au.jLOi.at
> м < & > « jLotjuL.a< u s u r n c J L « J I J X o . п > » д m j * , a * с у д о л е к л . с е a « \
i n n Ч ' л |i'*lri< * * * . : S K » tlft»*,д »»,•***•-*•* i **e « CXP о **e *Ti f.iM» « j>
« я i*n.jw< I M n**jLijx*
*j»*j*.A4_isi**_***i ,ч
« « • i v > i . j KAB.CSJC» ' n ' . W A t i . i ' i ' i i . J i i
t
ft**_rsj**
4 " * e _ * n rs-Af. i-, H I
i i.ii (•; oc* a и д »ri S > A S P\ .-•
« r t n v i « ! 4 t . • , . • „ » . . . , . . - . - • - . . « : : , . . я .. - ч _.•• i . - . , . , « . , . . . . - . . . , . . • fcia.Ati.tji»* ,i-. It
•OLHHiUMlfHi !•:>•••!!*-«. -:IL. «.>:» -.1 >*л <ijt*e_aicK_u._rt 8:*«jBLC*_U..C«ft*L ч*в_щ->_л « t a * * * Bn> Я - i *
or**-»*>K T v.fe- i'o»ioA*.».MiCrt^cni»j "Aff.csjK^ M I K » * * . A T I J * ' * * J M I « » a n>tfisr*
г»!.-! Vbjatftmj*
Ma
i ' i i t w « i A v « » н м м и м м ^ а н и м в и а у ж ж м иАя>и_»ы>в_А»**а в **.1 , ^я'* » \ т ' « / " г - " » л «з
I H IF fltTf'TIi i 4 » ' 0 * w * t « w , p r * T » « ft»e.csj<ii и м и . ( u * > i t j w * i . A * •-. i m . i l :•-• Л » , Ь * * . » Т ' . Г . 1 А » . Ц « J
KAWcUViTtHtxn .- rus • S M „ * » _ K t i K ft*fi.CS.KK ) в З « "*в_А".КТ«В.«*« в «АА.И.ОСВ 0.*•*•_*'*„l*..i*a.»« t
t * 4 i , * ; . . « U j * v ; - t п ) » 1 0 м . - . , 1 и д с х . 1 1 t m {ч_«Аи_ви*_и .cr •>«!. я л с . я с и . и ..it ( | « > | Д й д | л a . . w i i -
ЮМПМИЭПЬМ
г.к•. *:•••!. i -
"•">w,i
l П 1 . П . К Р d •>•**.»'rJ1'**.W
•• i .t-ii**..»•*• i x t i i . r i :«,). a е * в _ » и h - . n * _ n
• « m l * I*-» MMtJOW* e и ч _ ц м # 0
« Л » (Мзп КЯОС
«I M
л
. « . e n . » i « r t «w: jtCK„Fo*ei i . i ' . i n s r . i . ' w < i * » w r . a o < . u a m <twi в Ц Ш Ц Я З Д М М H K . H A B J L O
b i BtC-.i* ''« f--. ».* «-••• •*•, 9 i « . • < • **.<••.<* 'J
i\mcM№aajavruM
mm
D - л- О
в
i
IUI»«,TMI'..'"|.'
•t"'^----
'
Рис. 4.2. Пример отображения аварийных событий по качеству
Аварийные события с присвоенным им статусом в доступном и удобном
для мониторинга виде пересылаются на программу - клиент, установленную
на персональном компьютере дежурной смены. Далее, в зависимости от
статуса аварийного события инженерами дежурной смены применяются меры
для устранения аварийного события. Для удобства
устранения
в теле
аварийного события отображаются следующие данные: название соты, номер
соты, уровень блокировок, уровень обрывов, уровень интерференции, время
возникновения аварийного события.
В предложенной схеме есть существенный недостаток. Чем меньше
период измерений статистических данных, тем быстрее произойдет генерация
аварийных событий. Повышается оперативность принятия мер для устранения
причин ухудшения качества сервисов, однако устранение аварийных событий
требует больших человеческих ресурсов.
191
4.4 РЕАЛИЗАЦИЯ ПРОГРАММНОГО КОПЛЕКСА АВТОМАТИЧЕСКОЙ
НАСТРОЙКИ ПАРАМЕТРОВ РАДИОПОДСИСТЕМЫ. АЛГОРИТМЫ
Для того чтобы устранение аварийных событий могло происходить в
автоматическом режиме и наиболее оперативно, в блок-схеме, представленной
на рис.4.1 добавлены новые функциональные элементы. Блок-схема с новыми
функциональными элементами представлена на рис.4.3 [41].
Оптимизатор
Статистика
Система
управления
радиосетью
производителя
оборудования
(СУР)
**
Программный
Комплекс
Автоматической
Настройки
Параметров
Радиоподсистемы'
Команды
MML
Применение
команд
Настройки,
10
параметры
Конфигурация
значения
База данных
конфигурации
параметров
радиоподсистемы
Обработка
данных
Внешние базы
данных,
формирование
отчетности
Рис. 4.3. Блок-схема реализации ПО автоматической настройки параметров
радиоподсистемы
Основным блоком на рис. 4.3 является сам программный комплекс (ПК).
Система
управления
радиосетью
производителя
оборудования
после
окончания очередного периода сбора статистических данных пересылает их на
сервер ПК. Оптимизатор может задавать различные пороги генерации аварий
и формировать условия активации аварийных событий по качеству. База
данных
конфигурации
радиоподсистемы
хранит
в
себе
все
параметры
радиоподсистемы: ограничения по нагрузке в обратном канале, пропускную
способность канала интерфейса Iub, кодовое распределение между HSDPA и
WCDMA R'99, количество канальных элементов в прямом и обратном каналах
и т.д. ПК автоматической настройки параметров радиоподсистемы агрегирует
192
данные статистики и конфигурации и на основе описанных математических
алгоритмов
автоматически
радиоподсистемы.
Они
генерирует
записываются
новые
в
базу
значения
данных
параметров
конфигурации
параметров радиоподсистемы и отправляются в сеть с помощью MML команд.
Дополнительной функцией программного комплекса является формирование
отчетности, которая необходима для принятия решений о физическом
расширении базовых станций: добавление процессорной емкости, расширение
канала Iub (в том случае, если применяется технология ATMoverEl).
Следует отметить, что в данной блок-схеме отсутствует блок, связанный с
отображением аварийных ситуаций и нет необходимости в участии дежурного
инженера. Все оперативные мероприятия ПК выполняет в автоматическом
режиме.
Рассмотрим
подробнее
архитектуру
ПК автоматической
настройки
параметров радиоподсистемы. Архитектура основана на модульном принципе
и показана на рис. 4.4.
Основным модулем
ПК является модуль
расчета
параметров.
Его
функцией является расчет новых параметров радиоподсистёмы на основании
данных, полученных из вспомогательных модулей программного комплекса,
настроек и реализованных математических алгоритмов.
Модуль
необходимых
предобработку
статистики обеспечивает
для
хранение
функционирования
статистических
модуля
данных,
статистических
расчета
очистку
данных,
параметров,
неиспользуемых
статистических данных.
Модуль конфигурации служит для хранения конфигурационных данных,
предобработку этих данных и их очистку в том случае, если они теряют
актуальность. Конфигурационные данные загружаются из соответствующей
базы данных.
193
Модуль
Модуль настроек
обслуживания
Модуль статистики
Модуль расчета параметров
Модуль
разграничения
прав
Модуль конфигурации
Модуль
истории
измена ия параметров
Планировщик
задач
•*—•
Интерфейсы экспорта
Интерфейсы импорта
£
?
статистика
конфигурация
I
СУР
х
?
настройки
MML команды
±
СУР
БД
параметров
Новые
параметры
I
БД
параметров
Огчегы, данные
±
Внешние
БД
Рис. 4.4. Модульная структура ПК автоматической настройки параметров
радиоподсистемы
Модуль истории изменения параметров обеспечивает хранение истории
изменения параметров, сформированных модулем расчета параметров.
Модуль «Планировщик задач» обеспечивает запуск задач модулей:
- расчета параметров;
- статистики;
- конфигурации;
- настроек;
- истории изменения параметров;
- интерфейсов импорта;
- интерфейсов экспорта.
Основными задачами модуля являются формирование очереди задач,
запуск
задач
на
выполнение,
контроль
прерывание выполнения задач.
194
состояния
выполнения
задач,
Интерфейсы импорта обеспечивают загрузку в ПК статистических и
конфигурационных данных а так же настроек. В состав интерфейсов импорта
входят модули загрузки статистических данных и загрузки конфигурации.
Интерфейсы экспорта обеспечивают выгрузку из ПК сформированных
MML,
новых
значений для
базы
данных
конфигурации
параметров
радиоподсистемы и отчетов для внешних систем. В состав интерфейсов
экспорта входят модули формирования MML команд и выгрузки параметров
радиоподсистемы.
Функциями модуля настроек являются:
- хранение входных параметров, используемых в алгоритмах модуля расчета
параметров;
- хранение различных ограничений и исключений, используемых в алгоритмах
модуля расчета параметров;
- хранение настроек работы модулей ПК;
- хранение правил генерирования аварийных событий радиоподсистемы.
Настройки загружаются из внешних систем или вводятся пользователем в
интерфейсе настройки ПК.
Модуль обслуживания обеспечивает получение информации о проблемах
в работе ПК, ранжирование проблем по уровням критичности и их
отображение в удобном пользовательском интерфейсе. На основании данных
о выполнении задач модулями ПК, он формирует:
- интегральный показатель работоспособности ПК;
- при критических сбоях формирует рассылку предупреждений.
Модуль
разграничения
прав
обеспечивает
разграничение
прав
пользователей на изменение настроек ПК и получения доступа к отчетам.
Для
автоматического
устранения
блокировок
с
помощью
ПК
автоматической настройки параметров радиоподсистемы в модуле расчетов
параметров необходимо создать алгоритмы, которые в зависимости от типа и
величины блокировок а так же установленных параметров в сети будут
195
формировать
новые
параметры,
которые
с помощью
вспомогательных
модулей будут загружаться в сеть.
Следует отметить, что работу ПК автоматической настройки параметров
радиоподсистемы условно можно разделить на две части: оперативную и
долгосрочную настройку параметров. Оперативная настройка включает в себя
действия, направленные на устранение блокировок в режиме, приближенном к
реальному
времени.
Долгосрочная
настройка включает
в себя
анализ
статистических данных за период больше суток (как правило, от нескольких
суток до нескольких недель) и выработке рекомендаций по физическому
расширению оборудования или изменению параметров радиоподсистемы.
Рассмотрим временные соотношения для оперативной настройки для
двух
вариантов. Варианты
различаются
длительностью
периода
сбора
статистики. В первом случае он равен одному часу, во втором пятнадцати
минутам. На рис. 4.5 показаны временные диаграммы суммарного времени
реакции алгоритма на возникающие аварийные события. Из рисунка видно,
что по сравнению с часовыми измерениями, пятнадцатиминутные позволяют
сократить время реакции на возникающие проблемы с блокировками в
радиоподсистеме с двух часов до сорока пяти минут в связи с уменьшением
времени обработки информации за меньший период. Разница во времени в
общем случае возрастет и за счет того, что проблема с блокировками может
начаться в любой момент периода измерений. Таймаут 1 связан с запасом на
формирование файлов статистики в СУ UTRAN после их сбора с сетевых
элементов, а таймаут 2 является запасом по времени, который необходим для
пересылки команд в СУ UTRAN и настройками планировщика.
196
A)
00.00
01:00
Период сбора статистики
01:15 01:25
01:40
Загрузка в ПК
Формирование
статистики
01:50 02:00
Применение
команд
Анализ, формирование
команд
Та им аут 1\
02:10
У
Таймаут 2
Время реакции ПК
В)
00:00
Период сбора статистики
00:30
00:20 00:25
00:15
Загрузка в ПК
Формирование
статистики
00:45
00:35 00:40
Применение
команд
Анализ, формирование
команд
Таймаут 1 \
У
Таймаут 2
Время реакции ПК
Рис. 4.5 Временные диаграммы расчета времени реакции ПК на аварийные
события
Рассмотрим данные алгоритмы на примере ресурсов по интерференции в
обратном канале и пропускной способности интерфейса Iub. Представленные
алгоритмы реализованы для сети WCDMA HSDPA компании Huawei. Для
радиоподсистем других производителей алгоритмы будут отличаться не
только синтаксисом MML команд, но и названиями параметров.
4.4.1 УРОВЕНЬ ИНТЕРФЕРЕНЦИИ В ОБРАТНОМ КАНАЛЕ
Как
уже
отмечалось
ранее, оценка нагрузки
в обратном
канале
производится по количеству активных абонентов в секторе при условии, что
заранее известны нагрузочные коэффициенты от каждого типа абонента по
сервису. Оценка по уровню RTWP может привести к нежелательному
эффекту, когда внешняя интерференция, увеличивающая уровень RTWP,
может быть расценена RNC как полезная нагрузка.
Оценка нагрузки производится по эквивалентным абонентам EUN, число
которых рассчитывается как
EUN =
NcS*VCS+Nps_64*VPS_64+Npsi28*VPS_128+—+NHSUPA*1lHSUPA
Vcs
197
(4.11)
В (4.11) Ncs, Npsj54, NPS_I28—NHSUPA - количество абонентов с разными
типами сервисов. Коэффициенты rjCs, ?1PS_64> ^PS_128--- VHSUPA ~ нагрузочные
коэффициенты для одного абонента по разным типам сервисов.
количество
эквивалентных
абонентов
рассчитывается
как
Тогда
отношение
суммарной нагрузки от всех активных абонентов в секторе к нагрузке,
создаваемой одним голосовым абонентом.
По умолчанию нагрузка в обратном канале сектора сети WCDMA
ограничена
путем
установки
максимального
количества
эквивалентных
абонентов, которое может получить доступ к сервисам. При увеличении
нагрузки ограничение может
попытке установления
вызывать
блокировки для
абонентов при
нового соединения. Для устранения
блокировок
достаточно увеличить максимальное разрешенное количество эквивалентных
абонентов, то есть увеличить допустимую нагрузку в секторе. Алгоритм
управления абонентской нагрузкой в обратном канале в виде блок-схемы
представлен на рис. 4.6.
Весь
алгоритм
разделен
на три части:
первая часть
отвечает
за
оперативное устранение блокировок по нагрузке в обратном канале, вторая
часть служит для формирование отчетов. Третья часть алгоритма является
примером
долгосрочной
настройки,
которая
может
выполняться
в
автоматическом режиме только частично и требует анализа со стороны
оптимизатора сети.
Блок 1.1 алгоритма расположен сразу в нескольких модулях ПК. Формула
для формирования аварийных событий располагается в модуле настроек,
статистика подгружается из одноименного модуля. Блок 1.2
модулю конфигурации. Блок 1.3 является модулем
соответствует
расчета параметров.
Формирование команд в блоке 1.4 соответствует модулю формирования MML
команд
интерфейсов
интерфейсах
экспорта
экспорта
и
ПК. Блок
относится
198
к
1.5
модулю
также
располагается
выгрузки
в
параметров
радиоподсистемы. Рассмотрим алгоритм, по которому работает блок расчета
параметров радиоподсистемы.
НАЧАЛО
3.1 Оценка нагрузки в
обратном канале, анализ
статистики
1.1 Оценка уровня блокировок
по нагрузке в UL, создание
аварийных событий
1.2 Конфигурация параметров
радиоподспстемы
(значение
параметра UL Total EUN)
1.4 Формирование команд
на усфанение блокировок
по интерференции в UL
Команды на откат
параметра UL Total EUN
1.5 Применение новою
значения для параметра UL
Total EUN в БД
конфигурации параметров
радиоподсистемы
3.2 Формирование
максимального значения
параметра UL Total EUN
для секторов NmK
1 .ЗРасчст нового значения
параметра UL Total EUN для
сектора N„w
2.1 Формирование списка секторов:
- с наличием блокировок по нагрузке в UL и
- с наличием 2-ой несущей (конфигурация
радиосети).
Рассылка списка секторов с комментариями.
1.6 Применение
команд в СУ UTRAN
Рис. 4.6. Блок - схема алгоритма автоматического устранения блокировок по
нагрузке в UL
Новое значение параметра EUN рассчитывается для соты сети WCDMA в
том случае, если выполняется условие для активации аварийного события,
связанного с блокировками по нагрузке в обратном канале. Алгоритм
выбирает
максимальное
значение
блокировок
за
предыдущий
период
измерения для голосового или пакетного сервисов:
BLK = UAX{CS_RAB_BLK_ULJNT, PS_RAB_BLK_UL_INT].
(4.12)
Новое значение параметра EUN рассчитывается как:
EUNNEW
= EUNN0W
+ EUNN0W
199
* BLKUL
_MAX-
INT
(4.13)
В
(4.13) EUNNOw - текущий параметр EUN в соте, EUNNEW
-
новое
рассчитанное значение параметра. Новое значение параметра EUNNEW не
должно превышать максимального, которое соответствует 100% нагрузке в
секторе.
Блок 1.3 также отвечает за откат параметра в начальное значение в том
случае, если блокировки были вызваны разовым увеличением абонентской
нагрузки. Данное действие необходимо для контроля за значениями параметра
EUN которые установлены
в сети для устранения блокировок и для
дальнейшего применения в алгоритме долгосрочной настройки параметров.
Необходимое
статистики
EUNUTIL-
значение
параметра
по утилизации
Для
данного
определения
EUN рассчитывается
ресурса,
нового
на
определяемого
значения
основе
счетчиком
параметра,
находится
максимальное значение счетчика за предыдущие сутки. Также возможна
выборка значения счетчика за час наибольшей нагрузки (ЧНН) в соте,
который определяется по объему переданного трафика. Стоит отметить, что
голосовой и пакетный ЧНН не совпадают, поэтому первый вариант наиболее
точно определят необходимое значение параметра
EUNNEW = MAX{EUNUTILH0UR]
В
(4.14)
EUNJJTILJIOUR
~
часовые
* НУ ST.
значения
необходимого
эквивалентных абонентов в секторе a HYST -
(4.14)
количества
гистерезис, который по
умолчанию равен единице но может быть изменен для того, чтобы избежать
повторного появления блокировок.
Тогда
условия уменьшения параметра EUN можно представить
в
следующем виде:
EUNMAX > EUNN0W
MAX{CS_RAB_BLK_UL_INT, PS_RAB_BLK_UL_INT] < BLKthr'
Третья
часть
алгоритма,
связанная
с
долгосрочной
l
j
настройкой
параметров, определяет максимальное значение UL EUN в сети. Как уже
отмечалось ранее, определение порога по максимальной нагрузке в обратном
200
канале происходит в полуавтоматическом режиме, поскольку алгоритм его
определения довольно сложный. Необходимость определения максимально
допустимой нагрузки объясняется эффектом «дыхания» соты, который был
подробно рассмотрен и проанализирован в главе 3. При увеличении нагрузки в
секторе радиус зоны обслуживания уменьшается, что приводит к тому, что
часть абонентов, находящихся ближе к границе сектора, может перейти в зону
обслуживания сети 2G, совершив межсистемную эстафетную передачу, или
полностью потерять сеть. Особенно негативно данный эффект влияет на
абонентов, использующих
высокоскоростную передачу
данных HSDPA,
поскольку при эстафетной передаче в сеть 2G скорость передачи данных
значительно снижается. В итоге оператор теряет часть абонентов в сети 3G, то
есть теряет трафик и выручку.
Для минимизации данного эффекта необходимо ограничивать нагрузку в
сотах в обратном канале. По статистическим данным можно оценивать
нагрузку
в соте и дополнительные показатели, такие как количество
эстафетных передач в сеть 2G для абонентов HSDPA, значения уровня RTWP,
объем передаваемых данных. Полезной информацией может являться и
средний уровень сигнала, принимаемый базовой станцией от всех абонентов,
однако данная информация редко доступна в статистических данных и ее
можно получить из трейсов сигнальных сообщений в радиоподсистеме. Из-за
большого объема данных получение этой информации проблематично.
Одним из вариантов ограничения нагрузки является выбор максимальной
нагрузки в обратном канале для всех секторов сети одинаковой. Этот метод не
является
оптимальным,
поскольку
абоненты
располагаются
в
зоне
обслуживания случайным образом и, если для одной соты критической
нагрузкой будет являться величина 70%, то в другой соте, в которой все
абоненты находятся
в непосредственной близости к базовой станции,
максимальная нагрузка может быть равна 90%. Для выбора оптимальной
максимальной
нагрузки
необходимо
201
оценивать
дополнительные
статистические показатели, например количество эстафетных передач в сеть
2G абонентов HSDPA. Количество эстафетных передач оценивается не по
абсолютному значению, а отнесенное к объему передаваемых
пакетных
данных или к количеству попыток установления соединений HSDPA
Л (\Г\ *. NHSDPA
U
_
HHSDPA.TO.GSM
= ЮО *
NUM
DATAHSDPA
/л
•
л £\
(4-16)
В (4.16) HHSDPA_TO_GSM - показатель количества эстафетных передач в сеть 2G
для абонентов HSDPA NHSDPA_NUM, отнесенных к объему переданных данных
абонентами HSDPA в мегабайтах. Основываясь на этом показателе и на
статистическом уровне интерференции в секторах можно сделать вывод о
влиянии увеличения нагрузки в секторе на покрытие по обратному каналу.
4.4.2 РЕСУРС ПРОПУСКНОЙ СПОСОБНОСТИ ИНТЕРФЕЙСА ШВ
Блокировки по причине нехватки
пропускной способности
канала
интерфейса lub определяются значением гарантированной скорости передачи
данных GBR, назначаемая оператором для каждой услуги. Гарантированная
скорость передачи данных для голосового сервиса CS AMR 12,2 является
постоянной, а для пакетного трафика, в зависимости от технологии доступа
WCDMA R'99 и HSDPA, может различаться. Значение гарантированной
скорости
передачи
данных
является
глобальным
параметром
и
устанавливается на контроллере радиосети.
Блокировки возникают в том случае, когда суммарная полоса для всех
активных
абонентов,
обслуживаемых
базовой
станцией,
превышает
физическую полосу канала интерфейса lub:
Таи — Tcs * Ncs + 7ps64 * NpsM + 7psi44 * Npsi44 + Тр5з84 * Nps384 + THSDPA *
NHSDpA.{4.n)
В (4.17) T - полоса пропускная, выделенная в канале интерфейса lub для
данной услуги, N - количество активных абонентов с данной услугой,
обслуживаемых данной базовой станцией.
202
Следует отметить, что для пакетных сервисов WCDMA R'99 в общем
случае можно устанавливать гарантированную скорость передачи данных
меньше, чем заявленная на радиоканале. Это означает, что сервис PS 384
кбит/с на радиоканале может иметь гарантированную скорость передачи
данных равную 64 кбит/с. В частном случае, рассматриваемом в работе,
сервисы WCDMA R'99 имеют гарантированную скорость передачи данных,
равную заявленной скорости. Поэтому данный параметр интересен- именно
для абонентов HSDPA. В целом, данное допущение не сильно скажется на
результате, поскольку количество абонентов HSDPA сильно превосходит
количество абонентов WCDMA R'99.
Гарантированная скорость передачи данных для сервисов является
глобальным параметром, поскольку именно контроллер радиосети, а не
базовая станция, оценивает нагрузку ресурсов и принимает решение о том, что
текущий ресурс и абонентская нагрузки* не позволяют обслуживать новых
абонентов. Для того чтобы устранить блокировки на базовой станции по
причине
нехватки
пропускной
способности
канала
интерфейса
Iub
в
радиоподсистеме UTARN Huawei предусмотрен параметр, характеризующий
абонентскую
активность.
Данный* параметр
называется
active
factor
(коэффициент активности) и может быть установлен для каждой базовой
станции индивидуально. Коэффициент активности может устанавливаться для
каждого типа доступа.
В том случае, когда в канале интерфейса Iub возникают перегрузки,
изменение коэффициента активности для абонентов с пакетными сервисами
может является временной мерой для устранения блокировок. Перепишем
формулу (4.27) с учетом коэффициента активности:
Tall
=
Tcs * Ncs * Kcs + (TPSM
* NPS64
+ Tpsxw * Np£144 + Tp5384 * ^PS384 + TtfSDPA *
(4-18)
NHSDPA)*KPS>
где KCs - коэффициент активности голосовых абонентов, KPS - коэффициент
активности пакетных абонентов.
203
Тогда при перегрузках в канале интерфейса Iub, уменьшая коэффициент
активности пакетных абонентов, возможно устранить блокировки по данному
ресурсу. По умолчанию
коэффициент активности абонентов
установлен
равным единице. Необходимо учитывать, что при уменьшении коэффициента
активности
пакетных
абонентов
уменьшается
гарантированная
скорость
передачи данных. Коэффициент активности позволяет обслужить большее
количество абонентов в определенный момент времени, однако при этом
снижается качество обслуживания. При изменении коэффициент активности
для пакетных абонентов- необходимо создавать отчет со списком БС, для
которых необходимо провести расширение канала интерфейса Iub.
Первая часть алгоритма (рис. 4.7) отвечает за оперативное устранение
блокировок по ресурсу интерфейса Iub. В' блоке 1.1 происходит оценка
уровней блокировок по сервисам, связанных с нехваткой ресурса Iub, и
утилизации ресурса.
В' блоке 1.2 хранится информация о конфигурации интерфейсов Iub для
всех базовых
станций в сети и установленные значения коэффициента
активности пакетных абонентов KPS.
В блоке 1.3 происходит назначение нового коэффициента активности KPS
для базовых станций с блокировками' по Iub интерфейсу. Как таковой
математический алгоритм для расчета нового значения KPS не предусмотрен. В
том
случае,
если
генерируется
аварийное . событие
по
блокировкам,
происходит назначение нового коэффициента KPS, рассчитанного заранее.
Как показано ранее, за новое значение можно принимать усредненный
коэффициент активности пакетных абонентов, равный 0,7. В том случае, если
после применения нового значения для KPs блокировки все равно превышают
заданный предел и генерируется аварийное событие, можно дополнительно
уменьшить коэффициент активности. Такая базовая станция должны попадать
в список на срочное расширение канала интерфейса Iub.
204
НАЧАЛО
3.1 Перерасчет среднего Krsu
сети
Изменения конфигурации
интерфейса lub
1.1 Оценка уровня блокировок по lub,
создание аварийных событий. Контроль
утилизации lub интерфейса
1.2 Конфигурация параметров
радиоподсистемы
(установленное значение КР5)
1 ЗРасчег нового значения Кц
1/(Применение новых
параметров в радиосети
(изменение KPS)
ч
1.5 Применение нового
значения KPS в БД
конфигурации параметров
радиоподсистемы
т
3.2 Формирование значений
Kpsi и Kpg для устранения
блокировок по интерфейсу
lub
2 Формирование списка БС, с наличием
блокировок по ШВ, Kps^l
- проверка типа трансмиссии (IP, ATM)
, -формирование списка для IP lub
Jt^
Рис. 4.7. Блок - схема алгоритма автоматического устранения блокировок по
интерфейсу lub
В блоке 1.4 происходит формирование MML команд на установку нового
значения KPS, а в блоке 1.5 новые параметра записываются в базу данных
конфигурации радиоподсистемы.
Первая часть алгоритма отвечает за возврат параметра KPS в том случае,
когда происходит изменение конфигурации интерфейса lub (физическое или
логическое
расширение). Анализируя
конфигурацией
принимается
интерфейсов
решение
lub
информацию от базы
и утилизации
о применении начального
канала,
в
данных
блоке
значения KPS=l.
с
1.3
Для
алгоритма реализован возврат коэффициента активности абонентов при
среднесуточной утилизации интерфейса lub менее 70% и максимальной
утилизации менее 90%.
Утилизация интерфейса lub рассчитывается как исходя из используемой
абонентами полосы пропускания и конфигурации интерфейса:
иIUB
= 100 X
Up
C S
^C5X^C5+"'+ZQ
AHSDPAxTHSDPA
в
205
(4.19)
где ишв
- утилизация канала интерфейса Iub в процентах, А - абонент с
определенным типом сервиса, Т - полоса которую он занимает в канале, N количество абонентов с данным типом сервиса. Расчет числителя для (4.19)
производится на базовой станции в реальном времени. Данные по загрузке
канала интерфейса Iub пересылаются на контроллер радиосети, который
принимает решение об отказе в доступе новым абонентам при высокой
загрузке ресурса.
Вторая часть алгоритма (блок 2) отвечает за формирование отчетности по
базовым станциям, для
расширение
канала
которых
Iub
требуется
интерфейса.
физическое или
При
уменьшении
логическое
коэффициент
активности пакетных абонентов снижается гарантирования скорость передачи
данных, за счет чего уменьшаются блокировки. Однако скорости передачи
данных у абонентов падают. Поэтому все базовые с высокой утилизацией
ресурса Iub, с наличием блокировок и конфигурацией формируют отчет,
который раз в сутки рассылается для анализа в соответствующие службы.
В качестве дополнительной функции, можно формировать команды на
расширение пропускной способности канала Iub в том случае, если он
базируется
на технологии
IP. Структурная
схема
управления
полосой
пропускная интерфейса Iub представлена на рис. 4.8.
На блок-схеме рис. 4.8 управляющие команды на изменение пропускной
способности направляются в систему управления транспортной сетью. С
помощью
команд
можно
увеличивать
или
уменьшать
пропускную
способность каналов в зависимости от нагрузки на базовой станции.
При использовании в качестве- базовой технологии IP для организации Iub
интерфейса
используется
стандартный
FE (Fast
Ethernet)
протокол
скоростью передачи данных до 100 Мбит/с. Однако, реально
со
скорость
ограничивают на узлах транспортной сети, так как во-первых пропускная
способность радиоканала даже с шестью секторами ниже, а
возможно существование ограничений в ядре транспортной сети.
206
во-вторых
о
Программный
Комплекс
^
Автоматической'
Настройки фПараметров
Радиоподсистемы
Система
управления
радиосетью
(СУР)
Система
управления
транспортной
сетью
Оптимизатор
Настройки,
параметры
Статистика
И
Конфигурация „.
Новые
значения
Обработка
данных
Базаданных
конфигурации
параметров
гддиоподсистемь1
(включая
интерфейс Iub)
Внешние базы
данных,
формирование
отчетности
Команды
Рис. 4.8. Блок-схема реализации управления пропускной способностью
канала интерфейса Iub
Зная конфигурацию ядра транспортной сети можно распределять общую
•пропускную
способность между
базовыми станциями в зависимости
от
абонентской нагрузки. Третья часть алгоритма периодически корректирует
значения K P si и КР$2 исходя из распределения трафика по типам.
4.5
РЕЗУЛЬТАТ
УПРАВЛЕНИЯ
ВНЕДРЕНИЯ
АЛГОРИТМА
НАГРУЗКОЙ
ДОПОЛНИТЕЛЬНЫЕ
В
АВТОМАТИЧЕСКОГО
ОБРАТНОМ
ВОЗМОЖНОСТИ
КАНАЛЕ.
РАЗРАБОТАННОГО
ПРОГРАММНОГО КОМПЛЕКСА
По полученным результатам имитационного моделирования предложены
алгоритмы
автоматической
настройки
отвечающих за регулирование
соответствии
с
параметров
нагрузки на ресурсы
концепцией
реализован
радиоподсистемы,
радиоподсистемы.
программный
В
комплекс
автоматической настройки параметров радиоподсистемы на основе языка
PL/SQL.
Созданный
программный
комплекс введен
в эксплуатацию
в
сети
WCDMA с поддержкой технологий высокоскоростной передачи данных HSPA
207
СЗФ ОАО «Мегафон». Рассмотрим основные изменения в показателях
качества обслуживания абонентов и объеме передаваемых пакетных данных
которых удалось достичь за счет применения программного комплекса. Так
как разработка и ввод в эксплуатацию алгоритмов управления параметрами
радиоподсистемы еще не окончены, рассмотрим результаты внедрения
алгоритма для управления интерференционным ресурсом обратного канала.
На рис. 4.9 в относительных величинах представлено влияния работы
алгоритма на количество отказов в предоставлении канала абонентами по
причине ограничений
интерференционного ресурса.
Величина
отказов
нормируется относительно максимального значения за период.
120
—< m «л г-- о\ — c n i n t ^ o \ - < m i o i ^ c i
—ic->»nr--c\—< п
ю > о\ — со i n t ^ ©
Время, дни
Рис. 4.9. Влияние работы алгоритма регулировки доступ абонентов на
количество отказов в представлении сервиса
Из графика видно, что после включения программного комплекса с
алгоритмом регулировки нагрузки в обратном канале около двух недель
занимает переходный процесс, когда алгоритм рассчитывает необходимые
ограничения для доступа абонентов на каждом секторе. Снижение уровня
отказов
после
завершения
переходного
периода
составило
92%
от
максимального. Оператор может устанавливать целевое допустимое значение
208
отказов в сети отдельно для голосового и пакетного трафика. Настраиваемыми
параметрами также являются:
- максимальная абонентская нагрузка в обратном канале;
- максимальное количество эстафетных передач для абонентов HSDPA в сеть
2G, отнесенное к объему переданных данных;
- максимальное допустимое значение уровня RTWP в секторе.
Для этих ограничений алгоритм рассчитывает максимальные значения
эквивалентных абонентов для каждого сектора и учитывает это значение при
регулировке. Одним из основных показателей успешной работы алгоритма
является повышение успешности установления соединений. Рассмотрим
влияние алгоритма на успешность установления пакетных соединений и
объем передаваемого пакетного трафика.
102
о
100
К
CD
($С
без алгоритма
переходный процесс ^_
работа алгоритма
98
I«
8 1 96
sВ
та
Ч
,5 94
2 3
м
Б
92
В.
с
90
>% >s
н а 88
о н
s
i
3I
о
в
86
84
"
I II I I I I I
I
II I U I
L L L L U -J-LU
Время, дни
Рис. 4.10. Влияние работы алгоритма на успешность установления соединений
с пакетной передачей данных
Внедрение алгоритма управления абонентской нагрузкой в обратном
канале позволило повысить успешность установления соединений с пакетной
передачей данных в среднем на 8% на одном из выбранных RNC сети. При
209
увеличении успешности установления соединении ожидается
увеличение
пакетного трафика.
^
2
2
X
о
X
>s
100
Включение программного комплекса
95
90
85
н
- и
•а
Ц ёЗ 80
и п
Р
S ><
75
2*
о
о
X
О)
eg
о со 70
О)
X
0J
В
65
60
Время, дни
Рис. 4.11. Влияние алгоритма на объем пакетных данных
На рис. 4.11 показано влияние алгоритма автоматического управления
абонентской нагрузкой в обратном канале. Объем передаваемого пакетного
трафика
представлен
в
относительных
величинах,
приведенных
к
максимальному значению трафика за период измерений. Увеличение объема
передаваемого пакетного трафика после включения программного комплекса
составило в среднем 7%.
Алгоритм по управлению абонентской нагрузкой в обратном канале,
реализованный
на
базе
разработанного
программного
комплекса
и
внедренный в сеть WCDMA, позволил повысить качество обслуживания
абонентов и объем передаваемого пакетного трафика. Следует отметить, что в
алгоритме
учтено
влияние
роста
абонентской
нагрузки
на
качество
обслуживания абонентов, в связи с чем разработаны меры по ограничению
максимального количества абонентов в секторах на основе статистических
данных по уровню RTWP, количеству обрывов и эстафетных передач в сеть
2G.
210
Рассмотрим перспективные алгоритмы, реализация которых на базе
программного
комплекса
позволит
повысить
качество
услуг.
Кроме
управления загрузкой ресурсов радиоподсистемы основными направлениями в
развитии программного комплекса автоматической настройки параметров
радиоподсистемы являются:
- поддержание качества
обслуживания
абонентов
в случае
аварийных
ситуаций;
-
оптимизация распределения
абонентской
нагрузки
между
несущими
частотами;
- управление качеством обслуживания абонентов.
Первое направление включает в себя рад мер, которые могут применяться
в следующих случаях:
- высокий уровень обрывов по голосовому сервису, который связан с
авариями на оборудовании радиоподсистемы;
- высокий уровень обрывов по голосовому и пакетному сервисам, связанный с
авариями на оборудовании радиоподсистемы;
В том случае, когда по статистическим данным программный комплекс
регистрирует высокий уровень обрывов в секторе в течение одного или
нескольких периодов измерений, он автоматически генерирует команды на
перевод
голосового
трафика
в
сеть
GSM. Данная
функциональность
реализована у большинства производителей оборудования радиоподсистемы и
называется SBHO (Service Based HandOver, эстафетная передача по типу
устанавливаемого соединения).
Работа
установлении
функциональности
SBHO
заключается
соединения RRC мобильный терминал
в
том,
что
посылает
в
при
сеть
сообщение на установление соединения RAB, в котором указывается какой
тип соединения запрашивается мобильным терминалом. В том случае, когда
функциональность SBHO включена для данной соты и абонент запрашивает
установление голосового соединения, сразу после установления RAB
211
с
голосовым сервисом на мобильный терминал от RNC приходит команда на
совершение эстафетной передачи в сеть 2G. С помощью функциональности
SB НО возможно временно устранить обрывы по голосовому сервису до
принятия мер по устранению причин обрывов.
При высоком значении обрывов для голосового, пакетного трафика или
при невозможности установить RRC соединение появляется необходимость в
блокировании соты для устранения влияния на абонентов. Эта мера
применяется при сильной деградации качества обслуживания до момента
устранения ее причин. Увеличение обрывов для голосового и пакетного
сервиса контролируется с помощью аварийного события «Высокий уровень
обрывов по голосовым или пакетным соединениям» (4.13).
Когда один из секторов сети блокируется оператором по причинам
аварийных ситуаций на оборудовании радиоподсистемы
или высоким
уровням обрывов для поддержания качества обслуживания, возможно
проводить
работы
по
корректировке
списка
соседей
с
учетом
заблокированного сектора. Рассмотрим подробнее механизм корректировки.
На рис. 4.12 представлен случай, когда сота 2 блокируется в связи с
резкой деградацией качества обслуживания абонентов по причине аварийной
ситуации.
/
Cell 1
N
/
/
\
\
,\
\
\
/
/
/
-*
Cell 3
i
/
Рис. 4.12. Случай с блокировкой соты и оптимизацией соседских отношений
3G-3G
Между сотами 1 и 2, 2 и 3 описаны соседские отношения для выполнения
эстафетных передач. В том случае, если сота 2 блокируется из-за проблем с
работой
оборудования,
алгоритм
автоматически
212
описывает
соседские
отношения между секторами
1 и 3. Данная мера позволит избежать
увеличения интерференции, роста обрывов и эстафетных передач в сеть 2G.
Конфигурацию эстафетных передач в сети алгоритм забирает из базы
данных конфигурации. Опираясь на статистические данные можно определить
необходимость добавления данного соседского отношения. После добавления
соседства между сотами 1 и 3 за последующий период измерений оценивается
статистика.
В том случае если количество эстафетных передач и их успешность превысят
заданные пороги, описанные соседские отношения остаются в сети до
включения в работу сектора 2. Если количество эстафетных передач мало или
их успешность не превышает заданный порог, сосед автоматически удаляется
из конфигурации.
Вторым направлением является задача равномерного распределения
нагрузки между несущими частотами в сети WCDMA. Добавление второй
несущей частоты
является
одной из основных
мер
по расширению
мощностного и кодового ресурсов. При этом корректное распределение
абонентской нагрузки между частотами является весьма важным вопросом.
Очевидно, то максимальная пропускная способность для абонентов будет
обеспечена при равномерном распределении нагрузки, между несущими
частотами, поскольку кодовый и мощностной ресурсы будут использоваться
наиболее оптимально.
Общую
задачу
распределения
нагрузки
можно
разделить на два этапа: распределение нагрузки с помощью абонентов,
находящихся в режиме «Idle mode» и распределение нагрузки с помощью
управления
абонентами,
находящимися
в
режиме
«Connected
mode».
Рассмотрим подробнее оба этапа.
В режиме «Idle mode» абоненты могут выбирать несущую частоту,
наилучшую с точки зрения радиоусловий. Основываясь на абонентской
загрузке для первой и второй несущей, алгоритм может автоматически
подстраивать параметры реселекции между частотами для равномерного
213
распределения нагрузки. Процедура реселекции соты с другой несущей
частотой описывается следующей формулой [42]:
QQUALMEAS
^ QQUALMIN + S I N T E R S E A R C H +
(4.20)
12-
В формуле значение QQUALMEAS - измеренное значение качества принимаемого
сигнала, которое является отношением сигнал/шум усредненное за период
измерения. Минимальный уровень, при котором абонент может совершить
реселекцию в данную соту обозначен как QQUALMIN- Параметр SINTERRATSEARCH
отвечает
за
настройку
реселекции для
всего
RNC, то
есть
является
глобальным. Управляемым параметром является IdleQoFFSET- Изменяя его в
зависимости от нагрузки возможно добиться перераспределения нагрузки
между несущими частотами, обслуживающими одинаковую зону.
В
режиме
«connected
mode»
перераспределение
нагрузки
можно
реализовать, изменяя параметры межчастотных эстафетных передач отдельно
для голосового и пакетного трафика, причем пакетный трафик можно
разделить по технологиям доступа WCDMA R'99 и HSDPA.
Межчастотные эстафетные передачи в WCDMA могут происходить по
причине ухудшения уровня сигнала RSCP (Receive Signal Code Power, уровень
принимаемого сигнала) или по причине ухудшения качества принимаемого
сигнала Ec/No. При распределении нагрузки необходимо учитывать
оба
порога для эстафетных передач (табл.4.1). В таблице обозначены пороги
только для сервисов пакетной передачи данных по технологии HSDPA.
Изменяя
значения порогов
перехода
в compressed
mode,
уровней
обслуживающей соты и соты - кандидата, можно равномерно распределять
нагрузку между несущими частотами, добиваясь: снижения блокировок,
максимального
уровня
интерференции, увеличения
данных для абонентов.
214
скоростей
передачи
Таблица 4.1
Параметры эстафетных передач
Параметры эстафетных передач со сменой
частоты
Пояснение параметра
порог, определяющий переход UE в
compressed mode для HSDPA сервиса по
HSDPA EcNo inter-frequency measurement start EcNo
порог, определяющий переход UE в
HSDPA RSCP inter-frequency measurement compressed mode для HSDPA сервиса по
start
RSCP
порог, определяющий выход UE из
compressed mode для HSDPA сервиса по
HSDPA EcNo inter-frequency measurement stop EcNo
порог, определяющий выход UE из
HSDPA RSCP inter-frequency measurement compressed mode для HSDPA сервиса по
stop
RSCP'
порог по EcNo в обслуживающей соте,
при котором произойдет хэндовер на
HSDPA EcNo used inter-frequency trigger
соседнюю соту с другой частотой
порог по RSCP в обслуживающей соте,
при котором произойдет хэндовер на
HSDPA RSCP used inter-frequency trigger
соседнюю соту с другой частотой
порог по EcNo в соте с другой частотой,
при котором на нее можно совершить
HSDPA EcNo target inter-frequency trigger.
хэндовер
порог по RSCP в соте с другой частотой,
при котором на нее можно совершить
HSDPA RSCP target inter-frequency trigger
хэндовер
Данная мера является более корректной с точки зрения сохранения
покрытия, чем управление мощностью канала PCPICH в зависимости от
нагрузки.
4.6 ВЫВОДЫ
Основные результаты исследований в данной главе:
1. В данной главе рассмотрены основные показатели качества работы сети
WCDMA, основанные на статистических данных, получаемых системой
управления радиоподсистемой с базовых станций и контроллеров радиосети.
Приведены примеры формирования KPI, которые отображают отказы в
предоставлении
сервисов
по
причинам
215
ограниченности
ресурсов
радиоподсистемы.
Рассмотрены
дополнительные
показатели
качества
обслуживания абонентов и загрузки ресурсов радиоподсистемы: уровень
RTWP в секторе, количество обрывов для голосовых и пакетных соединений,
количество эстафетных передач в сеть 2G. Все рассмотренные KPI являются
основой для создания статистических аварий по качеству, которые служат
индикатором ухудшения обслуживания абонентов и требуется корректировка
параметров радиоподсистемы или расширение ресурсов.
2. Разработана модель системы мониторинга аварий по качеству, которая
является внешней по отношению к системе управления и мониторинга
радиоподсистемы и позволяет формировать любые аварийные ситуации на
основе статистических данных. При этом не происходит увеличение нагрузки
на
систему
возможность
управления
формировать
и мониторинга
большое
число
радиоподсистемой,
KPI, аварий
что
по
дает
качеству,
показателей работы сети. Данная система может агрегировать данные с
оборудования различных производителей.
3. На основе концепции управления загрузкой ресурсов радиоподсистемы
создан
программный
комплекс,
позволяющий
управлять
абонентской
нагрузкой на ресурсы радиоподсистемы. Разработаны алгоритмы управления
нагрузкой ресурсов обратного канала и интерфейса Iub. Алгоритм по
управлению интерференционным ресурсом обратного канала внедрен в
эксплуатацию в реальной сети WCDMA. Алгоритм основан на обработке
статистических данных и учитывает уровни блокировок для голосовых и
пакетных соединений, уровень RTWP в секторах сети WCDMA, количество
эстафетных
передач для абонентов с пакетной передачей данных по
технологии HSDPA.
4. Представлены
результаты
интерференционным
ресурсом
внедрения
алгоритма
по
обратного
канала.
фоне снижения
На
управлению
количества отказов в предоставлении сервиса по причине перегрузок в
обратном канале на 92% и повышения успешности установления пакетных
216
соединений на 8% наблюдается рост пакетного трафика, который составил
4,1%. При этом алгоритм учитывает эффект «дыхания» сот и ограничивает
максимальную нагрузку на основе статистических данных.
5. На
базе
разработанного
программного
комплекса
предложены
для
реализации алгоритмы, которые непосредственно не связаны с регулировкой
загрузки ресурсов
значительно
радиоподсистемы,
повысить
качество
но применение которых
обслуживания
абонентов.
позволит
Алгоритмы
включают в себя реакцию на деградацию качества обслуживания абонентов,
связанную с повышением уровня обрывов для голосовых
и пакетных
соединений. Перевод голосового трафика в сеть 2G или полная блокировка
сектора дополняются алгоритмом
автоматического
изменения соседских
отношений между секторами WCDMA. Крайне полезным является алгоритм
перераспределения абонентской нагрузки между сонаправленными секторами
с разными несущими частотами. Так как добавление второй несущей частоты
является одной из основных мер по расширению емкости сети и подготовке к
внедрению технологии HSPA+ (Dual Carrier, использование двух несущих),
данный алгоритм необходим для регулировки нагрузки в автоматическом
режиме.
По результатам исследований в данной главе можно сделать вывод о том,
что предложенная концепция управления параметрами радиоподсистемы,
основанная на обработке статистических данных, была успешно внедрена в
эксплуатацию в сети WCDMA и позволила повысить качество обслуживания
абонентов, оперативность реакции на проблемы в сети при снижении
трудозатрат.
217
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Разработанные технологии высокоскоростного доступа HSPA позволили
значительно увеличить скорости передачи данных в сетях WCDMA, что
привело к росту популярности данных сетей во всем мире. На сегодняшний
день сети WCDMA с поддержкой технологий HSPA, внедренные операторами
сотовой связи в России, позволяют достигать скоростей до 14,4 Мбит/с в
прямом канале и 5,76 Мбит/с в обратном канале. С вводом в эксплуатацию
данных
технологий
особенно
остро
встал
вопрос
предоставления
максимального качества обслуживания абонентов в условиях ограниченности
ресурсов сети, а в частотности ресурсов радиоподсистемы.
Специфика
работы
сети
WCDMA
с
поддержкой
технологии
высокоскоростной передачей данных HSPA заключается в том, что, по сути, в
сети используются две принципиально разные технологии доступа: HSPA и
WCDMA. В сети при этом предоставляются услуги голосовой и пакетной
передачи данных.
На фоне постоянного роста трафика, связанного с расширением
абонентской базы и снижением стоимости услуг, в сети постоянно
наблюдается девиация абонентской нагрузки на уровне сот и базовых станции,
которая вызвана массовыми мероприятиями, сезонными изменениями и проч.
В связи с этим для поддержания уровня качества обслуживания абонентов
необходим постоянный контроль за загрузкой ресурсов радиоподсистемы и
своевременная реакция на перегрузки и отказы в обслуживании.
В сети WCDMA для контроля и регулировки загрузки
ресурсов
радиоподсистемы используется алгоритм САС. Для каждого ресурса алгоритм
принимает решение о возможности предоставления услуги каждому новому
абоненту секторе, исходя из текущей абонентской нагрузки. Использование
алгоритма САС необходимо, так как без контроля нагрузки
ресурсов
возможна полная деградация сервисов в секторе. Например, такой
случаи
возможен при перегрузке по интерференции в обратном канале и л и по
218
мощности в прямом канале, когда возможен выход из строя передатчика
базовой станции.
В работе обозначены основные проблемы, возникающие при увеличении
абонентской нагрузки в условиях ограниченности ресурсов радиоподсистемы.
Обоснована актуальность разработки программной среды автоматической
настройки параметров радиоподсистемы на основе концепции. Основными
задачами регулировки загрузки радиоподсистемы являются:
-
анализ
влияния
загрузки
ресурсов
радиоподсистемы
на
качество
ухудшение
качества
обслуживания абонентов в сети WCDMA;
-
разработка
событий,
которые
идентифицируют
обслуживания абонентов по причинам высокой загрузки радиоподсистемы и
средств их мониторинга, разработка адаптивных автоматических алгоритмов
для корректировки параметров.
Указанные задачи успешно решены в диссертационной работе.
В рамках решения первой задачи:
- рассмотрены ключевые характеристики сетей WCDMA
и технологий
высокоскоростной
использования
ресурсов
передачи
радиоподсистемы
данных
HSPA,
технологиями
особенности
высокоскоростной
передачи
данных;
- разработан
математический аппарат по расчету
утилизации
ресурсов
радиоподсистемы, влияния абонентской нагрузки на качество обслуживания
абонентов, методы расчета уровней блокировок для каждого ресурса и
уровней обрывов для голосовых и пакетных соединений. Рассмотрен алгоритм
доступа к ресурсам радиоподсистемы САС его назначение и основные
параметры. Методы
следующих
ресурсов:
математического
мощностной
расчета
ресурс
загрузки
в
прямом
определены
канале
для
сектора,
интерференция в обратном канале, ресурс пропускной способности канала
интерфейса
lub,
кодовый
ресурс
сектора,
ресурс
цифровых сигнальных процессоров базовой станции.
219
производительности
разработаны
имитационные
модели
для
декомпозиции
ресурсов
радиоподсистемы, основанные на математических методах расчета загрузки
ресурсов радиоподсистемы. По результатам имитационного моделирования
получены оценки влияния ограничений ресурсов на качество обслуживания
абонентов в сети WCDMA, рассмотрены основные параметры, влияющие на
утилизацию ресурсов. Определены основные требования к распределению
ресурсов радиоподсистемы между технологиями доступа WCDMA Release'99
и HSPA.
- разработана модель абонентской нагрузки в сети WCDMA, в рамках которой
определены
следующие
важные для расчета
параметры:
распределение
абонентов между услугами, коэффициент активности пакетных абонентов,
распределение абонентов по удаленности от центра зоны обслуживания
базовой станции.
- проведено тестирование влияние технологии высокоскоростной передачи
данных
в
обратном
канале
HSUPA
на
тестовом
стенде.
Получены
экспериментальные и расчетные данные. Сделаны выводы об ограничениях и
требуемых расширениях, необходимых при вводе в эксплуатацию данной
технологии.
-
проведено
имитационное моделирование
влияния загрузки
ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов в сети WCDMA для
совокупности ресурсов радиоподсистемы. Приведены примеры настройки
параметров, отвечающих
за утилизацию
ресурсов.
Рассмотрены
случаи
некорректной конфигурации, когда один из ресурсов становится явным
«узким местом» в радиоподсистеме и является основной причиной деградации
качества обслуживания.
В рамках решения второй задачи:
- разработана концепция управления ресурсами радиоподсистемы на основе
статистических данных по качеству обслуживания абонентов и загрузки
ресурсов радиоподсистемы. Модель предполагает автоматическое управление
220
параметрами на основе заранее созданных алгоритмов для каждого ресурса
радиоподсистемы.
- разработаны основные показатели качества обслуживания абонентов KPI,
которые включают в себя отказы в предоставлении сервисов по причине
перегрузки одного или нескольких ресурсов радиоподсистемы. На основе KPI
разработаны аварийные события по качеству обслуживания абонентов в сети,
которые являются индикаторами деградации качества и требуют применения
мер по его улучшению.
- разработана модель и внедрена в эксплуатацию система контроля за
аварийными событиями по качеству обслуживания абонентов. Отличительной
особенностью данной системы является то, что она является автономной
системой, которая получает статистические данные из системы мониторинга и
управления UTRAN, формирует и рассчитывает основные KPI и аварийные
события по качеству обслуживания абонентов не создавая дополнительной
нагрузки на сервер системы управления. Также данная система может
обрабатывать данные от различного оборудования любых производителей.
- разработан программный комплекс, который включает в себя алгоритмы
адаптивного автоматического управления параметрами радиоподсистемы,
определяющие загрузку ресурсов. Данный программный комплекс реализован
на базе языка PL/SQL и введен в эксплуатацию в сети WCDMA с поддержкой
высокоскоростных технологий передачи данных HSPA. Основные результаты
использования программного комплекса с алгоритмом регулировки загрузки
интерференционного ресурса обратного канала: снижение количества отказов
в предоставлении сервисов на 92%, увеличение успешности установления
соединений на 8%, рост пакетного трафика на 7%.
- предложены алгоритмы для реализации в рамках программного комплекса
по автоматическому управлению параметрами и ресурсами радиоподсистемы,
которые позволяют повысить качество обслуживания абонентов за счет
оперативного
реагирования
на
проблемы
221
с
качеством
обслуживания
абонентов в сети, автоматической корректировке соседских отношений между
секторами WCDMA и равномерном распределении абонентской нагрузки
между несущими частотами.
Т.о. полученные автором результаты
позволяют повысить
качество
обслуживания абонентов в сети WCDMA с использованием протоколов
высокоскоростной передачи данных при снижении трудозатрат на поиск и
корректировка
параметров.
Формируемая
программным
комплексом
отчетность по загрузке ресурсов радиоподсистемы позволяет своевременно
информировать заинтересованных лиц в необходимости расширений тех или
иных ресурсов радиоподсистемы, просматривать историю изменения всех
параметров, которые произошли в автоматическом режиме для принятия
решений о корректировки порогов, формул, процедур и алгоритмов.
В ходе исследований применялись методы математической статистики,
математического и имитационного моделирования, математический аппарат
теории распространения радиоволн. Имитационные модели создавались с
помощью
MATHLAB
пакета
статистического
6.5, математических
и
имитационного
моделирования
инструментов MathCAD 2000 и языка
PL/SQL. Реализация программного комплекса произведена на базе языка
PL/SQL.
В работе получены следующие научные и практические результаты:
1. Разработана
концепция
радиоподсистемы
на
основе
Структурировано
описание
управления
параметрами
адаптивных
ресурсов
и
автоматических
радиоподсистемы,
ресурсами
алгоритмов.
рассмотрены
физические свойства каждого ресурса, описана проблематика управления
загрузкой
ресурсов.
Обоснована актуальность
исследований по данной
тематике. Рассмотрен алгоритм доступ абонентов к ресурсам САС в сети
WCDMA.
2. Для декомпозиции ресурсов радиоподсистемы сети WCDMA разработан
математический аппарат расчета загрузки ресурсов радиоподсистемы, отказов
222
для голосового и пакетного трафика. Определены основные ограничения по
утилизации
ресурсов
радиоподсистемы.
Перечислены
параметры
радиоподсистемы, влияющие на загрузку ресурсов.
3. Разработана модель
абонентской нагрузки
с учетом
распределения
абонентов между услугами и технологиями доступа к сети, коэффициента
активности для абонентов с пакетной передачей данных и распределения
абонентов в зоне обслуживания базовой станции. На базе модели абонентской
нагрузки проведено имитационное моделирования влияния загрузки ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов для каждого ресурса.
Рассмотрено влияние основных параметров радиоподсистемы на утилизацию
ресурсов, даны рекомендации по их настройке.
4. Проведено имитационное моделирование влияния совокупности ресурсов
радиоподсистемы на качество обслуживания абонентов, рассмотрены случаи
некорректной конфигурации радиоподсистемы, когда один из ресурсов
становится явным ограничением для качественного облуживания абонентов.
Выполнены дополнительные настройки параметров радиоподсистемы для
достижения равномерности загрузки ресурсов.
5. Разработаны основные показатели качества работы сети, на базе которых
предложено формирование аварийных событий по качеству, которые в
дальнейшем будут служить индикаторами для срабатывания алгоритмов
регулировки загрузки ресурсов. Предложена модель системы мониторинга
качества предоставления услуг и загрузки ресурсов радиоподсистемы.
6. Предложен и реализован программный комплекс по автоматической
регулировке загрузки ресурсов радиоподсистемы, который включает в себя
алгоритмы расчета значений параметров для каждого ресурса.
программный
комплекс реализован
эксплуатацию
в сети WCDMA
на языке
СЗФ ОАО
PL/SQL
«МегаФон».
и
В
Данный
внедрен
в
результате
использования предложенного решения удалось добиться повышения качества
облуживания абонентов и объема передаваемых пакетных данных.
223
Полученные
диссертационная
результаты
работа
позволяют
посвящена
сделать
актуальной
вывод
о
проблеме
том,
контроля
что
и
управления качеством обслуживания абонентов в условиях ограниченности
ресурсов
радиоподсистемы.
технические
решения
в
Работа
части
содержит
научно
математических
-
обоснованные
методов,
реализации
имитационной модели и разработке программного комплекса и полностью
решает поставленные задачи.
224
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
1. 3G в мире, материалы ресурса: http://3gclub.ict-online.ru;
2. Optimi. xParametrs, материалы ресурса: http://www.optimi.com;
3. Громаков Ю.А. Стандарты и системы подвижной радиосвязи. - М.: ЭкоТрендз, 2000.-230 с ;
4. Характеристики
стандарта
UTRA
FDD,
материалы
ресурса:
http://www.UMTSWorld.com;
5. Holma Н., Toskala A. WCDMA for UMTS. N.Y.: John Wiley & Sons Ltd.,
2000. Pp. 45-60;
6. Иванов, M.B. Технология высокоскоростной передачи данных HSDPA в
сетях с кодовым разделением каналов WCDMA // 60-я НТК / ГОУВПО
СПбГУТ. - СПб, 2006. с. 30 - 35.
7. 3GPP. Technical Specification Group Services and System Aspects. Physical
Layer Procedures (FDD). TS 25.214 V 4.0.0. France, 2001;
8. Кузнецов M.A., Рыжков A.E. Современные технологии
и стандарты
подвижной связи. - СПБ.: Линк, 2006. - 122-127 с ;
9. 3GPP. UTRA High Speed Download Packet Access (HSDPA): Overall
description stage 2. TS 25.308. France 2003;
10.
Иванов M.B., Бабков В.Ю. Технология высокоскоростной передачи
данных HSDPA в сетях с кодовым разделением каналов // Мобильные
телекоммуникации / Профи-пресс. Москва, 2007. № 6-7.;
11.
3GPP. Multiplexing and channel coding (FDD). TS 25.212 V7.0.0. France,
2006;
12.
Иванов, M.B. Исследование преимуществ технологии высокоскоростной
передачи данных HSDPA в сетях мобильной связи с кодовым разделением
каналов WCDMA // 59-я НТК / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2007. С. 64.
13.
Rupp Markus, Wrulich Martin. Investigations of HSDPA schedulers. /
Institute of communications and radio-frequency
2007;
225
engineering. Bachelor thesis,
14.
Holma H., Toskala A. HSDPA/HSUPA for UMTS. N.Y.: John Wiley & Sons
Ltd., 2006. pp. 65-81;
15.
Бабков В.Ю., Никитин A.H., Осенний K.H., Сивере М.А. Системы
мобильной связи с кодовым разделением каналов. - СПб.: ТРИАДА, 2003. 239 с ;
16.
3GPP. Requirements for support of Radio Resource Management (FDD). TS
25.133 V5.1.0. France, 2001.;
17.
Вальков И.Н., Бабков В.Ю. Управление доступом пользователей в сетях
мобильной связи 3-го поколения с учетом эстафетных передач // Труды
учебных заведений связи / СПбГУТ. СПБ, 2006. № 174. С. 72-81,;
18.
Вальков И.Н. Исследование механизмов распределения радиоресурсов и
управления доступом
Международного
абонентов в сетях
UTRA
FDD // Материалы
V
научного семинара «Информационные сети, системы и
технологии» / МАИ. Москва. 2004. С. 87-90.;
Концепт модель
19.
Вальков И.Н., Бабков В.Ю. Адаптивное управление мощностью в сетях
подвижной радиосвязи 3-го поколения // Труды учебных заведений связи /
СПбГУТ. СПб, 2006. № 175.;
20.
3GPP. Handover requirements between UTRAN and GERAN or other radio
system. V8.0.0. France, 2006;
21.
Бабков В.Ю., Вознюк M.A., Дмитриев В.И. Системы мобильной связи /
СПбГУТ. - СПб, 1999. - 130 с ;
22.
Holma Н., Toskala A. HSDPA/HSUPA for UMTS. N.Y.: John Wiley & Sons
Ltd., 2006. pp. 92-98;
23.
Zhang D., Oh S-J., Sindhushayana. Optimal resource allocation for data
services in CDMA reverse link. / IEEE Transactions on wireless communications.
San Diego, 2007.
24.
Бабков В.Ю., Вознюк M.A., Михайлов А.П. Сети мобильной связи.
Частотно - территориальное планирование. / СПбГУТ. СПб., 2000.;
226
25.
Parsons J.D. The Mobile Radio Propagation Channel, Wiley 2001, p.418.;
26.
Pablo Jose, Ameigeiras Gutierrez. Packet scheduling and quality of service in
HSDPA. / Institute of Electronic Systems, Aalborg University. Ph. D. Thesis, 2003.;
27.
Troels E. Kolding, Frank Frederiksen. Performance Aspects of WCDMA
Systems with High Speed Downlink Packet Access (HSDPA) / Nokia Networks.,
Aalborg R&D., Denmark, 2005;
28.
Proakis J.G. Digital Communications, New York, McGraw-Hill, 1995.;
29.
3GPP. Feasibility Study for Enhancement Uplink for UTRA FDD (Release 6).
TR 25.896 V6.0.0. France, 2004.
30.
Иванов, M.B. Источники интерференции в сетях мобильной связи с
кодовым разделением каналов WCDMA и методы их устранения // 62 НТК /
ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2010. с. 140-141;
31.
Gilhousen K.S., Viterbi A.J. On the capacity of the cellular CDMA system.
IEEE Transactions on Vehicular Technology, May 1991, vol.40, pp.303-312.;
32.
3GPP. Physical Layer - Measurements (FDD). TS25.215 V8.1.0. France,
2008.
33.
3GPP. UTRAN Iu interface data transport and transport signaling. CWTS
STD-DS-25.414. V3., France, 2002;
34.
Иванов M.B. Расчет пропускной способности радиоканала HSUPA с
учетом особенностей высокоскоростной передачи данных // Вестник связи /
Ириас. Москва, 2009. № 8.;
35.
Иванов, М.В. Расчет пропускной способности радиоканала HSUPA с
учетом поправок для высокоскоростной передачи данных в сетях с кодовым
разделением каналов // 61 НТК / ГОУВПО СПбГУТ. - СПб, 2009. с. 104.
36.
3GPP. UTRAN Iu interface layer 1. TS 25.411. V6.1.0. France, 2004;
37. Heikki Kaaranen, Ari Ahtiainen, Lauri Laitinen and oth., UMTS networks:
Architecture, Mobility and Services. West Sussex.: John Wiley & Sons Ltd., 2003.
pp. 47-49;
38. 3GPP. UTRAN lur and lub interface data transport and transport signaling fot
DCH data streams. V3.9.0., France, 2002;
227
39.
3GPP. UTRAN Iub interface: signaling transport. V7.0.0., France, 2007;
40.
3GPP. Policy and charging control architecture. V10.0.0., France, 2010;
41.
3GPP. Low output powers for general purpose Frequency Division Duplex
(FDD) Base Station (BS). V6.0.0., France, 2004;
42.
DBS
3800
System
Hardware
Structure,
материалы
ресурса:
http://www.huawei.com;
43.
Иванов
М.В.
Автоматическое
управление
параметрами
в
радиоподсистеме UTRAN. /Труды учебных заведений связи/ГУОВПО. -Спб,
2010. №182/183.-72 с.
44.
Qualcomm Engineering
Services
Group. Aspect
of
HSUPA
Network
Planning. / Qualcomm Incorporated. San Diego, 2007.;
45.
3GPP. Technical Specification Group RAN. Radio Resource Management
Strategies. TR 25.992, V 2.4.0. France, 2002.;
46.
HP Open View Storage Area Manager (SAM) 3.2, материалы ресурса
http://h20195.www2.hp.com;
47.
Иванов М.В. Анализ причин возникновения внутрисистемных помех в
обратном канале в сетях WCDMA и методы их устранения. / Научнотехнические ведомости СПбГПУ. - СПбГПУ. /№5(108)/ СПб., 2010;
48.
Лоу А., Кельтон В. Имитационное моделирование. - СПб.: Питер, 2004.
- с . 547-562.;
49. Никульчев Е.В. Практикум по теории управления в среде MATHLAB.,
материалы ресурса: http://www.exponenta.ru.
228
ПРИЛОЖЕНИЕ 1. ОСНОНВЫЕ ПОКАЗАТЕЛИ КАЧЕСТВА РАБОТЫ
СЕТИ И АВАРИЙНЫЕ СОБЫТИЯ РАДИОПОДСИСТЕМЫ
Основные
показатели
качества
работы
сети,
используемые
для
мониторинга и реализации алгоритмов настройки параметров
1. CS_RAB_BLK_CE_UL - количество отказов для сервиса CS AMR 12,2 по
причине нехватки канальных элементов в UL;
2. CS_RAB_BLK_CE_DL - количество отказов для сервиса CS AMR 12,2 по
причине нехватки канальных элементов в DL;
3. CS_RAB_BLK_HW - количество отказов для сервиса CS AMR 12,2 по
причине перегрузки
процессоров базовой станции (данные блокировки
происходят в том случае, когда на базовой станции установлено максимальное
количество канальных элементов);
4. CS_RAB_BLK_OVSF - количество отказов для сервиса CS AMR 12,2 по
причине нехватки кодов OVSF;
5. CS_RAB_BLK_IUB - количество отказов для сервиса CS AMR 12,2 по
причине нехватки ширины канала интерфейса Iub;
6. PS_RAB_BLK_CE_UL - количество отказов для пакетных сервисов по
причине нехватки канальных элементов в UL;
7. PS_RAB_BLK_CE_DL - количество отказов для пакетных сервисов по
причине нехватки канальных элементов в DL;
8. PS_RAB_BLK_HW
-
количество отказов для пакетных сервисов по
причине перегрузки процессоров базовой станции;
9. PS_RAB_BLK_OVSF
- количество отказов для пакетных сервисов по
причине нехватки кодов OVSF;
10.
PS_RAB_BLK_IUB_IUB - количество отказов для пакетных сервисов по
причине нехватки ширины канала интерфейса Iub;
11.
TCP_NON_HS
-
мощность
базовой
обслуживания абонентов WCDMA R'99;
229
станции,
необходимая
для
12.
PS_DATA_R'99
-
объем
передаваемых
пакетных
данных
с
данных
с
использованием технологии доступа WCDMA R'99;
13.
PS_DATA_HSDPA . -
объем
передаваемых
пакетных
использованием технологии HSDPA;
14.
CS_DROP_CALL - количество обрывов для голосовых соединений;
15.
PS_DROP_CALL - количество обрывов для пакетных соединений;
16.
IRAT_HO_CS - количество эстафетных передач из сети 3G в сеть 2G для
голосовых соединений;
17.
IRAT_HO_PS - количество эстафетных передач из сети 3G в сеть 2G
для пакетных соединений;
18.
RTWPJLEV - уровень RTWP в секторе.
Аварийные события радиоподсистемы, связанные с блокировками по
ресурсам и применяемые в алгоритмах автоматического управления
параметрами радиоподсистемы
Аварийное событие «Высокие блокировки по канальным элементам в
UL»
Условие активации аварийного события:
{ CS_RAB_BLK_CE_UL>=KCS_ULJ:E ||PS_RAB_BLK_CE_UL>=KPS_UL_CE} ,
где знак II означает логическое «ИЛИ», KCS_UL_CE - заданный допустимый
уровень блокировок по голосовому сервису, KPS_UL_CE - заданный уровень
блокировок по пакетному сервису.
Условие деактивации аварийного события:
{CS_RAB_BLK_CE_UL < (K C S _UL.CE * HCS_UL_CE)&PS_RAB_BLK_CE_UL < (K PS _ UL _ CE *
HPS_UL_CE),
где знак & означает логическое «И», KCS_UL_CE - заданный допустимый
уровень блокировок по голосовому сервису по причине нехватки канальных
элементов в UL, KPS_UL_CE - заданный уровень блокировок по пакетному
230
сервису по причине нехватки канальных элементов в UL. Н - гистерезис,
который предназначен для устранения эффекта «пинг-понга».
Аварийное событие «Высокие блокировки по канальным элементам в
DL»
Условие активации аварийного события:
{ CS_RAB_BLK_CE_DL>=KCS_DL_CE||PS_RAB_BLK_CEDL>=KPS_DL_CE} •
- заданный допустимый уровень блокировок по голосовому
KCS_DL_CE
сервису по причине нехватки канальных элементов в DL, K S_DL_CE - заданный
P
уровень блокировок по пакетному сервису по причине нехватки канальных
элементов в DL.
Условие деактивации аварийного события:
(CS_RAB_BLK_CE_DL <
(KCS_DL.CE
* HCS_DU_CE)&PS_RAB_BLK_CE_DL <
(KPS.DL.CE *
HPS_DL_CE),
где
KCS_DL_CE
сервису,
- заданный допустимый уровень блокировок по голосовому
KPS_DL_CE -
заданный уровень блокировок по пакетному сервису.
Аварийное событие «Высокие блокировки по перегрузке оборудования»
Условие активации аварийного события:
{((CS_RAB_BLK_PTiV>=Kcs_Hw)&&(UL_CE=NUL_cE_MAximL_CE=NDL_cE_MAx))II((PS_RAB_
BLK_HW>=KPS_„w)&&(UL_CE=NUL_cE_MAxiroL_CE=NDL_cE_MAx))} •
В формуле используется более сложная структура, чем для предыдущих
событий. Наличие блокировок по перегрузке процессорных блоков базовой
станций должны коррелироваться с тем, что на базовой станции установлено
максимальное количество лицензий для данной конфигурации.
KPSJIW
KCS_HW И
максимальные допустимые уровни блокировок для голосового и
пакетного трафика соответственно по причине перегрузки
модулей БС,
NUL_CE_MAX
и
NDL_CE_MAX
процессорных
- максимальное количество канальных
элементов, которое может быть установлено на базовой станции в данной
конфигурации.
Условие деактивации аварийного события:
231
[CS_RAB_BLK_HW < (KCS.HW * Hcs_Hw)&PS_RAB_BLK_HW < ( K P S H w * HPS.HW)}-
Для
деактивации
аварийного
события
проверка
условия
наличия
максимального количества лицензий на базовой станции не требуется.
Аварийное событие «Высокие блокировки по кодам OVSF»
Условие активации аварийного события:
{ CS_RAB_BLK_OVSF>=KCS_OVSF||PS_RAB_BLK_OVSF>=KPS_OVSF}
,
где KCS_OVSF - максимальные допустимые блокировки по голосовому сервису по
причине нехватки
кодов
OVSF,
K P S _ 0 VSF
-
максимальные
допустимые
блокировки по пакетному сервису по причине нехватки кодов OVSF.
Условие деактивации аварийного события:
(CS_RAB_BLK_OVSF < ( K C S O V S F * Hcs_OVSF)&PS_RAB_BLKOVSF < ( K P S 0 V S F * H P S 0 V S F ) } .
Коэффициенты HCS.OVSF И HPS_OVSF -
гистерезисы
на
деактивацию
аварийного события по блокировками по причине нехватки
кодов для
голосового и пакетного трафика.
Аварийное событие «Высокие блокировки по ресурсу интерфейса IUB»
Условие активации аварийного события:
{CS_RAB_BLK_IUB>=KCS_IUB||PS_RAB_BLK_IUB>=KPSJUB}.
Значения KCS_IUB И K P S J U B являются максимальными
допустимыми
блокировками для голосового и пакетного сервисов по причине нехватки
пропускной способности интерфейса Iub.
Условие деактивации аварийного события:
{CS_RAB_BLK_IUB < ( K C S J U B * HCSJUB)&PS_RAB_BLK_IUB < ( K P S J U B * H P S J U B ) } .
Коэффициенты
HCS_IUB
И
HPS_IUB
-
гистерезисы
для
деактивации
аварийного события по блокировками по причине нехватки пропускной
способности интерфейса ШВ для голосового и пакетного трафика.
0(Р