Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Радиотехнические устройства и средства телекоммуникаций

Диссертационная работа:

Аль-Сураби Мохаммед Абдул Карим Ахмед. Исследование и разработка алгоритмов динамического назначения скорости передачи и мощности излучения в прямой линии сотовых систем связи третьего поколения с технологией WCDMA : диссертация ... кандидата технических наук : 05.12.13 / Аль-Сураби Мохаммед Абдул Карим Ахмед; [Место защиты: Моск. техн. ун-т связи и информатики].- Москва, 2008.- 202 с.: ил. РГБ ОД, 61 09-5/958

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

Стр.

Список сокращений 6

Список основных обозначений 9

Введение 11

Глава 1. Сотовые системы связи третьего поколения с технологией CDMA

1.1. Основные характеристики современных сотовых систем

связи 20

1.2. Характеристики радиоканалов в широкополосных сотовых
системах связи 24

1.3. Сотовые широкополосные системы многостанцонного доступа с

кодовым разделением каналов (WCDMA) и переменным коэффициентом расширения спектра

  1. WCDMA в системах третьего поколения 27

  2. Радиоинтерфейсы и распределение спектра для систем третьего поколения 28

1.3.3. Базовые сети 32

1.4. Структурная схема радиоинтерфейса прямой линии системы

WCDMA

1.4.1. Различия радиоинтерфейсов WCDMA и систем второго
поколения 34

1.4.2. Прямая линия WCDMA 38

1.5. Принцип управления мощностью в прямой линии системы

WCDMA

1.5.1. Общая концепция управления мощностью в системе WCDMA

  1. Быстрое управление мощностью 39

  2. Управление мощностью при мягкой эстафетной

передач управления 42

1.5.1.3. Внешний контур управления мощностью 44

1.5.2. Примеры управления мощностью в прямой линии сотовых

системах связи с технологией CDMA 46

1.6. Выводы к главе 1 64

Глава 2. Проблема повышения суммарной скорости передачи прямой линии при наличии ограничений на мощности излучения базовой станции 2. 1. Основные процессы, необходимые для передачи сигнала в системах с расширенным спектром

  1. Расширение спектра 67

  2. Скремблирование 68

2.2. Модуляция и расширение спектра в прямой линии

2. 2. 1. Модуляция в прямой линии 68

2. 2. 2. Расширение спектра в прямой линии 70

2. 2. 3. Коды формирования каналов 72

2. 2. 4. Скремблирование в прямой линии 74

2.3. Емкость прямой линии сотовой системы связи третьего

поколения WCDMA

  1. Емкость соты системы с технологией WCDMA 77

  2. Факторы, влияющие на емкость системы WCDMA 85

  1. Зона покрытия 86

  2. Влияние мягкой эстафетной передачи 87

  3. Максимальная мощность базовой станции 87

2.3.2.4. Ограничение на ортогональные коды расширения

с переменным коэффициентом 88

2.4. Распределение скорости передачи и мощности излучения в прямой линии 2.4.1 Концепция распределения скорости передачи и мощности

излучения в прямой линии 88

2.4.2. Алгоритмы назначения скорости передачи в прямой

линии 93

2.5. Способы изменения скорости передачи в сотовых системах третьего

поколения с технологией CDMA 101

2.6. Выводы к главе 2 104

Глава 3. Асимптотическая оценка емкости сотовых систем связи с технологией CDMA

  1. Постановка задачи 105

  2. Геометрия системы 106

  3. Емкость сети при ориентации на абонентов, находящихся на границе соты 110

  4. Отношение сигнал/(суммарная интерференция) при случайном положении абонента в соте 117

3.5. Выводы к главе 3 119

Глава 4. Алгоритмы совместного назначения скорости передачи и мощности

излучения прямой линии

  1. Постановка задачи 121

  2. Отношение сигнал/интерференция в прямой линии многосотовой системы WCDMA 123

4.3. Совместно оптимальное назначение скорости передачи и
мощности кодового канала прямой линии 126

4.4. Субоптимальные алгоритмы назначения скорости передачи и

мощности излучения 129

  1. Оценка суммарной скорости передачи 136

  2. Модели мобильности подвижных станций

4.6.1. Случайная Модель мобильности подвижной станции 140

4.6.2. Новая модель мобильности подвижных станций в
городской застройке 145

4.7. Выводы к главе 4 148

Глава 5. Экспериментальное исследование алгоритмов совместного назначения скорости передачи и мощности излучения

  1. Метрика качества 150

  2. Модули разработанного имитатора сотовой сети

5.2.1. Модули распространения радиоволн

5.2.1.1. Потери распространения 153

  1. Модуль затенения 154

  2. Релеевское замирание 155

5.2.2. Коэффициенты, определяющие уровень интерференции

  1. Коэффициенты межсотовой интерференции 156

  2. Коэффициенты относительной интерференции 156

5.2.3. Моделирование мобильности абонентов в городской
застройке 156

5.2.4. Моделирование нагрузки сети 159

5.3. Выводы к главе 5 161

Заключение 163

Список литературы 167

Приложение 1. Дополнительные сведения о каналах прямой линии 178

Приложение 2. Услуги системы третьего поколения (UMTS) 194

Список сокращений

AMPS

3G 3GPP

Advanced Mobile Phone Service

3rd Generation

3rd Generation Partnership Project

Усовершенствованная мобильная телефонная служба

Третье поколение сетей мобильной связи Партнерский проект по системам связи третьего поколения

AMR ВСН BER BLER

BPSK

CDMA

Adaptive Multi Rate Broadcast Channel Bit Error Rate Block Error Ratio

Binary Phase Shift Keying

Code Division Multiple

Access

Многоскоростная адаптация Широковещательный канал Вероятность ошибки на бит Вероятность ошибки блокировки Двоичная фазовая манипуляция

Многостанционный доступ с кодовым разделением каналов

СРСН

CPICH CRC

DCH DECT

DPCCH

DPDCH

DSCH DS/CDMA

EDGE

Common Packet Channel

Common Pilot Channel

Cyclic Redundancy Check

Dedicated Channel Digital Enhanced Cordless Telecommunications

Dedicated Physical Common Channel

Dedicated Physical Date Channel

Downlink Shared Channel Direct Spread CDMA

Enhanced Date for GSM Evolution

Общий пакетный канал

Общий пилотный канал Контроль с помощью циклического избыточного кода

Выделенный канал Цифровая

усовершенствованная
беспроводная связь
Вьщеленный канал

управления на физическом уровне

Вьщеленный канал передачи данных на физическом уровне

Совмещенный прямой канал CDMA с прямым расширением спектра

Усовершенствованная система передачи данных в GSM

ETSI

European Telecommunications

Европейский институт стандартизации в

Standards Institute

электросвязи

FACH FDD

FDMA

Forward Access Channel Frequency Division Duplex

Frequency Division Multiple Access

Прямой канал доступа Дуплекс с частотным разделением

Многостанционный доступ с частотным разделением каналов

Global Positioning System

Глобальная спутниковая система определения местоположения

GPRS

GSM IMT-2000

IP ISI

General Packet Radio Service

Global System Mobile

International Mobile Telephony 2000

Internet Protocol

Inter Symbol Interference

International Telecommunication Union

Общая служба пакетной передачи данных

Глобальная система мобильной связи Международная система мобильной телефонии-2000

Интернет протокол Межсимвольная интерференция Международный союз электросвязи

JDS NMT

OFDM

OVSF

PHS PICH

PRACH PRACH

Nordic Mobile Telephone

Nippon and Telegraph

system

Orthogonal Frequency

Division Access

Orthogonal Variable Spreading Factor Paging Channel

Personal communications

systems

Personal Digital Cellular

Personal handy phone system Paging Indicator Channel

Packet Random Access Channel

Packet Random Access Channel

Мобильный телефон северных стран Японская система телефона и телеграфа Многостанциоиный доступ с ортогональным частотным разделением

Ортогональный переменный коэффициент расширения Канал вызова

Системы персональной

связи

Персональная цифровая

сотовая связь

Канал индикатора поискового вызова Пакетный канал со случайным доступом

Канал случайного доступа на физическом уровне

QoS QPSK

RACH

SCH SIM

SPA STTD

TACS

TDMA

UTRA

WARC

WCDMA БС ПС ПСП

Quality of Service

Quadrature Phase Shift Keying

Random Access Channel Radio Link Control Radio Network Controller

Synchronization Channel Subscriber Identity Module

Signal to Interference Ratio

Short Message Service

Self Provided Application

Space Time Transmit

Diversity

Total Access Communications

System

Time Division Duplex

Time Division Multiple Access

Universal Terrestrial Radio

Access

Universal Wireless Communications Variable Spreading Factor

World Administration Radio

Conference

Wideband CDMA

Качество и класс предоставляемая услуг Квадратурная фазовая манипуляция

Канал случайного доступа

Управление радиоканалом

Контроллер радиосети

(UMTS)

Канал синхронизации

Модуль идентификации

абонента

Отношение сигнал —

интерференции

Служба коротких

сообщений

Общедоступная система

связи

Дуплекс с временным

разделением

Многостанционный доступ

с временным разделением

каналов

Универсальная наземная система радиодоступа

Универсальная беспроводная связь Переменный коэффициент расширения спектра

Широкополосная CDMA Базовая станция Подвижная станция Псевдослучайная последовательность

Основные обозначения

Рт Максимальная мощность j -ой БС

PJt Мощность, излучаемая передатчиком j- ой соты для /-го

абонента этой же соты
Рв Средняя мощность передатчиков БС, приходящаяся на одну

соту сети
Р^ Назначаемая мощность / - ому абоненту в j -ой соте при

базовой скорости
Ps Мощность принимаемого ПС полезного сигнала

Рс Мощность пилот- сигнала

Pi Мощность интерференции на входе приемника ПС

PN Мощность шума

EG/N0 Отношение энергии бита к спектральной плотности мощности

интерференции
{SIR)0 Заданное значение отношения SIR

{SIR)0 }j^ Требуемое отношение SIR в j -ой соте
(SIR)(0J1 Отношение сигнал- интерференция і-ого абонента j-ой соты

на выходе Rake приемника
N Число каналов трафика одной БС

Nj Число абонентов в у -ой соте

Л^ Максимально допустимое число абонентов в одной соте для

сети с неограниченно большим количеством сот

J Число базовых станций сети

G Число абонентов в соте при равномерном трафике

L Число лучей, принимаемых ПС

г0 Нормированное расстояние от БС до данного абонента

гр Нормированное расстояние от у"-ой БС до /-го абонента в этой

же соте

Нормированное расстояние от / -ой БС до / -го абонента в

другой соте

Выигрыш из-за обработки (коэффициент расширения)

Полоса частот радиоканала

Длительность канального символа

Коэффициент уменьшения мощности (BS)y принятой 1-ЫМ

абонентом j-ой соты

Коэффициент, характеризующий межсотовую помеху от БС

j -ой соты для і-ого абонента j-ой соты

Нормированный уровень интерференции для к-ого абонента

j - ой соты

Коэффициент ортогональности прямой линии

Коэффициент речевой активности Показатель степени потерь распространения Внутрисотовая равнодоступность

Межсотовая равнодоступность

Требуемое (заданное) значение средней вероятности ошибки

на бит в приемнике ПС

Введение к работе:

Актуальность темы. Мобильная связь - одно из современных направлений в области связи, получившее интенсивное развитие в течение последних десятилетий. Появление мобильной связи ознаменовало собой новую эру в технике связи и привело к созданию целого набора уникальных сервисных услуг в сфере телекоммуникаций.

Сегодня одно из доминирующих положений в области мобильной связи занимает сотовая связь.

Сотовые системы связи - это системы с многостанционным доступом. Их основные параметры зависят от технологии распределения имеющегося частотно-временного ресурса между отдельными каналами.

В настоящее время общепринято, говоря о мобильной связи, выделять три различных поколения систем. К первому поколению относятся аналоговые системы мобильной связи, которые построены по принципу частотного разделения каналов (FDMA) как, например NMT и AMPS. Такие системы предоставляли абоненту лишь основную услугу - передача речи. С ростом спроса на мобильную связь появилась необходимость создания глобальной системы мобильной связи, которая смогла бы предложить более привлекательный пакет услуг помимо передачи речи. Новое второе поколение систем строилось на основе технологий FDMA и временного разделения каналов (TDMA). Среди систем второго поколения как пример коммерческого успеха следует выделить систему стандарта GSM.

На сегодняшний день технологии FDMA и ТОМА практически исчерпали свои возможности и не могут обеспечивать существенно большую пропускную способность. Третье поколение сотовых систем связи, использующее в основном технологию кодового разделения каналов (CDMA), благодаря высокой спектральной эффективности, является радикальным решением проблемы дальнейшей эволюции сотовых систем связи.

Наиболее выраженной особенностью сотовых систем связи третьего поколения является использование абонентами более высоких скоростей передачи: скорость может достигать 384 Кбит/с при коммутации каналов и 2 Мбит/с при коммутации пакетов. Естественно, что более высокие скорости передачи способствуют внедрению многих новых услуг, например, видеотелефонии и быстрой загрузки данных.

Емкость системы с технологией CDMA ограничена несколькими факторами, основным из которых, в отличие от систем FDMA и TDMA, является собственная интерференция; для последних ограничение обусловлено прежде всего шириной полосы частот. Любое уменьшение интерференции в системах CDMA напрямую превращается в увеличение емкости сети.

Например, использование управления мощностью передатчиков подвижных сотовых радиосистем может заметно увеличить емкость сети.

В последнее время в широкополосных системах CDMA (WCDMA) с целью дальнейшего повышения емкости системы во многих работах начаты исследования совместного управления мощностью излучения и скоростью передачи, или мощностью излучения и диаграммой направленности антенны, или мощностью излучения и видом модуляции и так далее.

В данной диссертационной работе была выбрана первая из вышеперечисленных задач, а именно адаптивное управление мощностью излучения и скоростью передачи информации.

В широкополосных системах CDMA (WCDMA) скорость передачи и мощность передатчика, назначаемые разным абонентам, могут динамически корректироваться в зависимости от изменений значений параметров канала с целью улучшения спектральной эффективности сети. Часто используемая цель таких коррекций - максимизация суммарной скорости передачи сети путем перераспределения ресурсов сети между абонентами на основе измерений отношений сигнал-интерференция при учете ограничений на мощности базовых станций.

Существуют различные алгоритмы совместного назначения скорости передачи данных и мощности излучения в прямой линии многоячеистых WCDMA с учетом мобильности абонента при динамической нагрузке в сети. Обычно адаптация сети осуществляется таким образом, чтобы обеспечить одинаковые значения отношений сигнал-интерференция для всех абонентов сети. Предполагается, что застройка является однородной, затенения -логарифмически нормальными, замирания - релеевскими, начальные положения абонентов - случайными, а траектории их движения - прямыми линиями на интервалах адаптации. Азимуты направлений движения абонентов на каждом интервале адаптации являются случайными величинами с известными распределениями.

Во многих практически важных случаях подобные предположения оказываются слишком обременительными, а иногда и недопустимыми. Полученные при этом результаты оказываются слабо обоснованными и могут быть уточнены или существенно расширены.

Построить новые оценки суммарной интерференции в сетях с большим числом базовых станций, разработать новые модели мобильности абонентов, синтезировать новые алгоритмы оптимизации сети путем адаптации скорости передачи и мощности излучения каждой базовой станции сети при наличии энергических ограничений и в условиях неоднородности городской застройки являются актуальными научными задачами.

Цель работы. Целями диссертационной работы являются оценка суммарной интерференции в сети с большим числом базовых станций, разработка и исследование эффективности алгоритмов совместного динамического

назначения скорости передачи и мощности излучения передатчиков БС в реальной городской застройке с целю максимизации суммарной скорости передачи сети. Для достижения поставленных целей в работе решены следующие задачи.

  1. Выполнение анализа существующих способов управления излучаемой мощностью в прямой линии сотовых систем связи с технологией CDMA.

  2. Проведение анализа существующих методов назначения скоростей передачи и мощности излучения кодовых каналов в сотовых системах связи третьего поколения.

  3. Получение асимптотической оценки емкости прямой линии сотовых систем связи с технологией CDMA при неограниченном увеличении числа БС.

  4. Разработка алгоритма совместного назначения скорости передачи и излучаемой мощности кодовых каналов базовых станций.

  5. Разработка более адекватной модели движения подвижных станций в городской застройке.

  6. Разработка имитационной модели сотовой сети с реализацией в ней известных и новых алгоритмов динамической адаптации сети с целью оценки эффективности предложенных мер повышения суммарной скорости передачи.

  7. Составление плана статистического эксперимента и проведение имитационного моделирования с целью получения количественных оценок эффективности разработанных алгоритмов.

Методы исследования. Для решения поставленной в работе задачи использованы современные методы математического анализа, основанные на теории рядов, теории вероятностей и математической статистики, а также методы статистической радиотехники и статистической теории связи.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем:

  1. Предложенная новая асимптотическая оценка емкости сотовых систем связи с технологией CDMA.

  2. Разработан новый алгоритм совместного назначения каждому кодовому каналу прямой линии скорости передачи и мощности излучения.

  3. Предложена новая более адекватная модель движения ПС в городской застройке.

4. Разработана новая модель динамических изменений нагрузки соты сети.
Основные положения, выносимые на защиту:

1. Во многих случаях вместо традиционной оценки емкости сети с технологией CDMA, которая учитывает собственную интерференцию лишь от двух колец сот, окружающих рассматриваемую соту, следует

использовать асимптотическую оценку емкости сотовых систем связи, учитывающую неограниченно больше число сот сети.

  1. Задача максимизации суммарной скорости передачи в прямой линии путем совместного назначения скорости передачи и мощности излучения в каждом кодовом канале сводится к системе линейных уравнений, которая может быть решена лишь методом перебора; в диссертации предложен один из возможных способов получения субоптимального решения.

  2. Модель движения подвижных станций в городской застройке должна обеспечивать построение траекторий движения, удовлетворяющих ограничениям реальной топологии зоны обслуживания: траектории движения не должны пересекать здания, скверы, пруды, парки и так далее.

  3. Результаты машинного (имитационного) моделирования, подтверждающие эффективности нового алгоритма адаптации сотовой сети.

Личный вклад. Все исследования и результаты, изложенные в диссертации, проведены и получены автором лично. Практическая ценность работы.

  1. Предложная асимптотическая оценка емкости соты уточняет допустимое число абонентов, одновременно обслуживаемых в одной соте, окруженной большим числом соседних сот.

  2. Новый алгоритм совместного назначения скорости передачи и мощности излучения является одношаговым, а не рекуурентым, и обеспечивает максимально возможную суммарную скорость передачи в каждой соте сети на каждом интервале адаптации.

  1. Модель движения ПС позволяет обеспечить размещение траекторий движения ПС вне зон обслуживаемей территории, занятых зданиями, водоемами, парками и так далее.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены и обсуждались на научно-технических конференциях профессорско-преподавательского, научного и инженерно-технического состава МТУ СИ в 2001 г., 2002 г., 2004 г., 2005 г., 2006 г., на Международных форумах информатизации в 2005 г., 2006 г., 2007 г. и в 2008 г., на Международной школе-конференции по приоритетному направлению «Информационно-телекоммуникационные системы» с участием молодых ученых, аспирантов и студентов стран-членов СНГ в 2005 г. и на Московской отраслевой научно-технической конференции в 2007 г., на второй отраслевой научной конференции «Технологии информационного общества», Москва, 2008 г., а также на 16-ой межрегиональной конференции Московского НТОРЭС им. А. С. Попова и МТУ СИ 2008 г.

Публикации. Основные результаты диссертации опубликованы в 30 печатных работах, 4 работы опубликованы в ведущих рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК. Из 30 опубликованных работ 15 научные стати и 15 докладов на международных, межрегиональных и других научных конференциях, 28 работ написано лично без участия соавторов. Структура її объем работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и двух приложений. Основные результаты изложены на 177 страницах машинописного текста и представлены на 51 рисунках и в 12 таблицах. Дополнительные сведения изложены в приложениях на 25 страницах. В библиографию включены 106 источников на русском и английском языке.

Подобные работы
Будылдина Надежда Вениаминовна
Разработка и исследование алгоритмов оптимизации сетей с многопротокольной коммутацией по меткам
Ярлыкова Светлана Михайловна
Исследование и разработка алгоритмов приема и совместной обработки дискретно-непрерывных шумоподобных сигналов в абонентских терминалах спутниковых систем мобильной связи с кодовым разделением каналов и возможностью позиционирования
Ермолаев Валерий Андреевич
Исследование и разработка алгоритмов обработки дискретных сигналов в диспетчерско-технологических системах связи методами обобщенной локальной аппроксимации
Чингаева Анна Михайловна
Исследование и разработка алгоритмов оценивания и оптимальной фильтрации параметров канала с рассеянием во времени и по частоте
Кишмерёшкин Петр Николаевич
Разработка и исследование алгоритмов и устройств совместной фильтрации параметров многоуровневых импульсных коррелированных сигналов
Бакланов Игорь Геннадиевич
Исследование и разработка алгоритмов экспертного анализа параметров качества цифровых сетей
Богданов Алексей Александрович
Разработка и исследование алгоритма обнаружения широкополосных сигналов в декаметровом канале связи
Прибылов Василий Петрович
Исследование и разработка алгоритмов передачи информации в каналах связи со значительным временем распространения сигналов
Стрелец Максим Викторович
Исследование и разработка алгоритмов оптимизации распределения и использования частотного ресурса для систем беспроводного доступа
Гринь Евгений Юрьевич
Исследование и разработка алгоритмов обслуживания разноскоростных потоков требований сетью радиодоступа

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net