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:

Вальков Илья Николаевич. Управление ресурсами радиосети в системах мобильной связи 3-го поколения : диссертация ... кандидата технических наук : 05.12.13.- Санкт-Петербург, 2006.- 185 с.: ил. РГБ ОД, 61 07-5/1740

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ 4

ВВЕДЕНИЕ 6

Глава 1. СИСТЕМЫ МОБИЛЬНОЙ СВЯЗИ 3-ГО ПОКОЛЕНИЯ 12

  1. Современное состояние систем мобильной связи 12

  2. Общая характеристика системы UMTS 23

  1. Основные характеристики системы радиодоступа UTRA FDD 30

  2. Постановка задач исследования 39

Глава 2. КОНЦЕПТУАЛЬНАЯ МОДЕЛЬ УПРАВЛЕНИЯ РЕСУРСАМИ
СЕТИ UMTS 41

  1. Постановка задачи 41

  2. Принципы управления ресурсами сети UMTS 42

  3. Управление мощностью передатчиков BS и UE t 51

  4. Эстафетные передачи управления 55

  5. Измерение нагрузки радиоинтерфейса 59

  6. Управление доступом к сетевым ресурсам 64

  7. Регулирование нагрузки радиосети 68

Выводы 69

Глава 3. УПРАВЛЕНИЕ ДОСТУПОМ К СЕТЕВЫМ УСЛУГАМ С
РАЗЛИЧНЫМИ КАЧЕСТВЕННЫМИ ХАРАКТЕРИСТИКАМИ 71

  1. Постановка задачи 71

  2. Анализ пропускной способности канала «вверх» 73

  3. Анализ пропускной способности канала «вниз» 79

  4. Предложения по усовершенствованию метода управления доступом на основе пропускной способности 84

  5. Алгоритм адаптивного управления доступом к сетевым услугам с различными качественными характеристиками 88

Выводы 97

Глава 4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ МОЩ
НОСТЬЮ ПЕРЕДАТЧИКОВ UE 99

  1. Постановка задачи 99

  2. Управление мощностью: ключевые аспекты, проблематика 100

  3. Эмулятор канала с релеевскими замираниями 118

  4. Модель системы управления мощностью в канале «вверх» 122

  5. Адаптивное управление мощностью передатчиков UE 147

Выводы 168

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 173

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 181

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. АКТ ВНЕДРЕНИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ РАБОТЫ 185

4 СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ СОКРАЩЕНИЙ

3G - 3rd Generation (Третье поколение систем мобильной связи);

3GPP - 3rd Generation Partnership Project (Партнерство по проекту в области технологий 3-го поколения);

ARIB - Association of Radio Industries and Businesses (Ассоциация производителей радиоаппаратуры и предпринимателей, Япония);

ATM - Asynchronous Transfer Mode (Асинхронный режим передачи дан-

ных);

BER - Bit Error Ratio (Вероятность ошибки на бит);

BS - Base station (Базовая станция);

BSS - Base station subsystem (Подсистема базовых станций);

BSC - Base station controller (Контроллер базовой станции);

CIR - Carrier to interference ratio (Отношение сигнал/помеха);

CM - Communication management (Управление соединением);

CN - Core Network (Базовая сеть);

CRC - Cryptographic redundancy check (Проверочная комбинация цикличе-

ского кода);

CS - Channel switch (Коммутация каналов);

DL - Downlink (Канал «вниз»);

DRNC - Driven Radio Network Controller (Ведомый (пассивный) контроллер, при эстафетной передаче управления);

DS - Direct Spread (Прямое расширение спектра);

ETSI - European Telecommunication Standards Institute (Европейский инсти-

тут стандартизации в области телекоммуникаций);

FDD - Frequency Division Duplex (Режим частотного разделения дуплекс-

ных каналов);

FER - Frame Error Ratio (Вероятность ошибки на кадр);

GGSN - Gateway GPRS Support Node (Шлюзовой узел по обеспечению услуг GPRS);

GPRS - General Protocol Radio Service (Служба пакетной передачи данных);

GSM - Global System for Mobile Telecommunications (Стандарт сети сото-

вой связи второго поколения);

HLR - Home Location Register (База данных абонентов оператора);

IETF - Internet Engineering Task Force (Рабочая группа инженеров по про-

блемам сети Интернет);

IMT-2000 - International Mobile Telecommunications 2000 (Международная система подвижной связи 2000);

IN - Intelligent Network (Интеллектуальная сеть);

IP - Internet Protocol (Семейство протоколов Интернет);

ISDN - Integrated Services Digital Network (Цифровая сеть интегрированного обслуживания);

ITU - International Telecommunications Union (Международный союз элек-

тросвязи);

MAC - Medium Access Control (Управление доступом к среде);

ME - Mobile Equipment (Мобильное оборудование);

MM - Mobility Management (Управление мобильностью);

ОМС - Operations and Maintenance Center (Центр управления и обслужива-

ния сети);

PC - Power Control (Управление мощностью);

PLMN - Public Land Mobile Network (Наземная мобильная сеть общего пользования);

PS - Packet Switch (Коммутация пакетов);

PSTN - Public Switched Telephone Network (Телефонная сеть общего пользования);

QoS - Quality of Services (Качество обслуживания);

QPSK - Quadrature Phase Shift Keying (Квадратурная фазовая манипуляция);

RAB - Radio Access Bearer (Канал передачи (В-канал);

RAN - Radio Access Network (Сеть радиодоступа);

RLC - Radio Link Control (Управление радиоканалом);

RNC - Radio Network Controller (Контроллер радиосети);

RNS - Radio Network Subsystem (Подсистема радиосети);

RRM - Radio Resource Management (Управление ресурсами радиосети);

SGSN - Serving GPRS Support Node (Узел обслуживания сети GPRS);

SF - Spread Factor (Коэффициент расширения спектра);

SIR - Signal to Interference Ratio (Отношение сигнал/помеха);

SLA - Service Level Agreement (Соглашения об уровне обслуживания на

основе классов качества);

SM - Session Management (Управление сеансом связи);

SNR - Signal to Noise Ratio (Отношение сигнал/шум);

SRNC - Serving Radio Network Controller (Ведущий (активный) контроллер, при эстафетной передаче управления);

TDD - Time Division Duplex (Режим временного разделения дуплексных

каналов);

TDMA - Time Division Multiply Access (Множественный доступ с временным разделением каналов);

ТЕ - Terminal Equipment (Терминальное оборудование);

TS - Technical Specification (Техническая спецификация);

UE - User Equipment (Оборудование пользователя);

UL - Uplink (Канал «вверх»);

UMTS - Universal Mobile Telecommunication System (Всемирная система мобильной связи);

UTRAN - UMTS Terrestrial Radio Access Network (Наземная сеть радиодоступа системы UMTS);

VLR - Visitor Location Register (База данных визитных абонентов).

Введение к работе:

Для осуществления эффективной работы в условиях современного динамично развивающегося рынка, системы мобильной связи 3-го поколения (3G) должны обеспечивать предоставление широкого спектра услуг, удовлетворяющих различным требованиям к качеству обслуживания, которое становится одним из важнейших факторов, определяющих успех оператора на рынке услуг подвижной радиосвязи. При этом эволюция требований к предоставляемым услугам предполагает эволюцию архитектуры систем управления ресурсами сетей, качеством обслуживания и переход к гибким динамическим процессам согласования характеристик каналов передачи.

Ввиду того, что в ряде нормативных документов ETSI/3GPP, содержащих зачастую лишь абстрактные положения, определены основные характеристики качества обслуживания (QoS) и критерии для проведения измерений и мониторинга, и отсутствует информация о способах их достижения, возникают определенные трудности при проектировании, настройке и эксплуатации сетей подвижной связи 3G, например, при расчете их пропускной способности, обосновании их топологической структуры, необходимых объемов оборудования, технико-экономических показателей и др.

Решение задач повышения качества управления ресурсами сетей и эффективности процесса управления возможно лишь за счет создания новых методов и алгоритмов адаптивного управления, позволяющих в условиях ограниченных системных и сетевых ресурсов, обеспечивать предоставление пользователям услуг требуемого качества при поддержании высокой пропускной способности сети, а также за счет проведения соответствующих исследований и разработки необходимой методической и нормативной базы.

Таким образом, вопросы управления ресурсами сети приобретают первостепенное значение как для производителей оборудования сетей связи, так и для операторов, что говорит о безусловной актуальности тематики данной работы, которая подкреплена реальными рыночными потребностями.

7 В данной работе вопросы управления ресурсами рассматриваются главным

образом на примере стандарта UTRA FDD, принятого Международным Союзом Электросвязи (ITU) в рамках программы IMT2000 под названием IMT-DS. В разработке данного стандарта непосредственное участие принимал Европейский Институт Стандартизации в области Телекоммуникаций (ETSI), по классификации которого стандарт имеет название UTRA FDD и реализуется в рамках глобальной системы UMTS. При этом наиболее часто используемое (коммерческое) название технологии - WCDMA, являющееся названием системы многостанционного доступа с кодовым разделением каналов с прямым расширением спектра. Рассмотрение вопросов управления ресурсами радиосети представляется целесообразным применительно к стандарту UTRA FDD, поскольку он предполагается для использования в качестве базовой технологии радиодоступа системы UMTS, которая будет развернута в России в обозримом будущем. Теория систем управления, находящая применение в современных системах радиосвязи, активно развивается в различных направлениях, среди которых можно выделить: адаптивное управление дискретными системами, представленное работами: Л.А. Растригина, В.М. Кунцевича, Д.П. Деревицкого, А.Л. Фрадкова и др., эффективный прием сигналов, исследованный в работах: А.И. Фалько, М.А. Мухина, С.Н. Архипова, S.H. Marikar и др., обработка дискретных сигналов, включающая разработку мощных схем модуляции, кодирования и перемежения, где необходимо отметить работы: Д.Д. Кловского, Л.М. Финка, А.Г. Зюко, К. Феера, А.Д. Витерби, а также теорию адаптивной фильтрации, где следует отметить работы: А.В. Балакришнана, В.Н. Фомина, X. Квакернаака, П.М. Гранта, К.Ф. Коуэна и др. Важные научные результаты в области адаптивного управления мощностью передатчиков терминалов пользователей, получены в работе А.Н. Никитина, где рассматриваются механизмы адаптации на параметрическом уровне. При этом, несмотря на обилие работ, актуальным остается вопрос разработки универсальных методов и алгоритмов, позволяющих повысить точность и эффективность процесса управления при сравнительно небольших затратах вычислительных ресурсов.

Публикация работ, посвященных исследованию отдельных способов повышения эффективности управления ресурсами радиосети, свидетельствует о насущной необходимости обобщающего подхода в этом направлении. Несмотря на ценность полученных частных результатов, зачастую использовать результаты исследований напрямую в рамках существующих систем затруднительно в связи с необходимостью модификации имеющихся инфраструктуры сети и протоколов обмена. Указанные обстоятельства, а также отсутствие комплексного подхода к технической реализации системы управления ресурсами радиосети указывают на актуальность рассматриваемой задачи.

Целью исследований в данной работе является повышение качества и эффективности процесса управления ресурсами радиосетей в системах мобильной связи 3G в условиях изменяющихся задач управления, а также внешних и внутренних воздействий на сети связи.

Научная задача, которая решается в работе, заключается в разработке методов и алгоритмов управления, позволяющих в условиях ограниченных системных и сетевых ресурсов, обеспечивать предоставление пользователям услуг требуемого качества при поддержании высокой пропускной способности сети. Решение поставленной научной задачи достигается посредством:

  1. Разработки концептуальной модели управления ресурсами радиосети системы мобильной связи 3-го поколения;

  2. Исследования пропускной способности радиосети с учетом специфики систем радиодоступа и типов предоставляемых услуг;

  3. Создания методов и алгоритмов, направленных на повышение эффективности управления ресурсами радиосети;

  4. Проведения экспериментальных исследований.

При решении поставленных задач использовались различные методы исследований, в числе которых: методы математической статистики, математического и имитационного моделирования, математический аппарат теории распространения радиоволн.

К основным научным положениям, которые обоснованы в диссертации и

выносятся на защиту, относятся:

1. Концептуальная модель управления ресурсами радиосети системы
UMTS, отражающая принципы и методологию адаптивного управления ресур
сами радиосетей в составе гетерогенных и мультисервисных сетей связи 3G;

2. Алгоритм адаптивного управления доступом к сетевым услугам с раз
личными качественными характеристиками, использующий усовершенство
ванный метод управления доступом на основе пропускной способности с уче
том коэффициента снижения нагрузки;

  1. Математическая модель системы управления мощностью в канале «вверх» и результаты экспериментальных исследований влияния различных факторов на процесс управления мощностью;

  2. Метод адаптивного управления мощностью передатчика мобильной станции в канале «вверх» и результаты имитационного моделирования, отражающие эффективность адаптивного метода на примере сравнения с известными методами управления мощностью передатчиков.

Практическая значимость полученных в работе результатов заключается в создании комплекса адаптивных методов и алгоритмов, позволяющих повысить эффективность процесса управления ресурсами радиосети в системах мобильной связи 3G, и оптимизации существующих методов управления.

Рассмотренные в работе вопросы актуальны для практических приложений при проектировании новых систем управления ресурсами радиосети в составе систем 3G и модернизации действующих, а также в части выработки соответствующей нормативно-технической основы для дальнейших исследований. Выполненные исследования позволили выработать практические рекомендации по реализации метода адаптивного управления мощностью с учетом существующей инфраструктуры сети стандарта UTRA FDD и состава протоколов.

Работоспособность предложенных алгоритмов и методов подтверждена результатами компьютерного моделирования с использованием программных средств MATLAB и MathCAD.

Основные результаты работы докладывались на 57 НТК Профессорско-преподавательского состава научных сотрудников и аспирантов СПбГУТ; 58, 60 НТК Студентов аспирантов и молодых специалистов СПбГУТ; V Международном научном семинаре «Информационные сети, системы и технологии».

Материалы, отражающие основное содержание и результаты диссертационной работы опубликованы в материалах научно-технических конференций, научных семинаров и отраслевых журналах - всего в 6 работах.

Результаты работы внедрены Учебно-методическим центром при Санкт-Петербургском государственном университете телекоммуникаций им. проф. М.А. Бонч-Бруевича и используются в научных разработках пакетов учебных программ и постановке лабораторно-практических курсов, что подтверждено соответствующим актом внедрения.

Работа состоит из введения, четырех разделов, заключения, списка литературы и приложения. Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследования, новизна, научная и практическая значимость работы, приведена общая структура работы.

В первой главе приведено описание технологий, связанных с эволюционным переходом к системам 3G, проанализирована ситуация с перспективами появления систем 3G на Российском рынке. Рассмотрены характеристики системы радио доступа UTRA FDD (WCDMA). Приведено описание структуры сети UMTS, основных составляющих элементов, технологии кодового разделения каналов, а также основных сетевых протоколов и каналов. Произведена постановка задач исследования.

Во второй главе методом декомпозиции процесса управления ресурсами получена концептуальная модель управления ресурсами сети UMTS. В структурированном виде приведено описание основных процедур управления ресурсами радиосети, в частности: эстафетных передач управления, управления мощностью передатчиков UE и BS, управления доступом пользователей к сетевым ресурсам и управления нагрузкой. Выделены ключевые аспекты и проблематика, связанные с управлением ресурсами радиосети.

В третьей главе рассмотрены вопросы управления доступом к сетевым услугам с различными качественными характеристиками. Приведены результаты моделирования нагрузки радиоинтерфейса UTRA FDD для каналов «вверх» и «вниз». Сформулирована и обоснована проблема «ближней - дальней зон». Представлено описание механизма усовершенствования метода управления доступом на основе пропускной способности за счет использования коэффициента снижения нагрузки резервируемой для пользователей, находящихся в режиме мягкого хэндовера. Разработан алгоритм адаптивного управления доступом пользователей к сетевым ресурсам, осуществляющий совместную динамическую адаптацию комплекса параметров управления состоянием канала (bearer) и сети.

В четвертой главе исследованы основные факторы, оказывающие влияние на флуктуации принимаемого сигнала и управление мощностью передатчиков UE и BS. Проанализирован механизм управления мощностью по замкнутому контуру, используемый в сетях 3G. Исследованы основные проблемы, связанные с управлением мощностью по замкнутому контуру в реальных условиях и ограничения, накладываемые системными параметрами на точность управления мощностью. Разработана программная модель канала с релеевскими замираниями с использованием метода Джейкса. Представлена программная модель системы управления мощностью передатчика UE по замкнутому контуру в канале «вверх» и результаты имитационного моделирования Разработан метод адаптивного управления мощностью с предсказанием состояния канала и реализована его программная модель. Приведены результаты имитационного моделирования, отражающие эффективность адаптивного метода на примере сравнения с известными методами управления мощностью передатчиков.

В заключении перечисляются основные результаты диссертационной работы и формулируются необходимые выводы.

В приложении представлен акт внедрения результатов работы.

Подобные работы
Аронов Дмитрий Александрович
Исследование вопросов электромагнитной совместимости систем связи, радионавигационных спутниковых систем и систем других служб
Ашилеви Проспер Кофи
Исследование эффективности использования низкоорбитальных спутниковых систем связи для р. Гана на основе системы "Иридиум"
Сирухи Джозеф Вере
Пути построения и методы анализа гибридных мультисервисных спутниковых систем связи
Брусин Ефим Александрович
Разработка и исследование методов оценивания несущей частоты фазомодулированных сигналов в когерентных демодуляторах спутниковых систем связи
Елисеев Сергей Николаевич
Исследование линейных алгоритмов и устройств цифровой обработки сигналов в системах связи и радиовещания
Косинов Михаил Иванович
Исследование и разработка методов повышения абонентской емкости цифровых сотовых систем связи диапазона 450 МГц
Ермолаев Валерий Андреевич
Исследование и разработка алгоритмов обработки дискретных сигналов в диспетчерско-технологических системах связи методами обобщенной локальной аппроксимации
Курочкин Владимир Федорович
Исследование воздействия сверхширокополосных электромагнитных импульсов на кабельные коммуникации систем связи
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
Сединин Алексей Валерьевич
Разработка и исследование цифровых алгоритмов подавления помех в мобильных системах связи

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