بررسی دست به دست شدن (هند آف) و بهبود عملکرد آن در سیستم های LTE

تعداد 131 صفحه فایل word

چکیده

سیستم LTE[1] تکنولوژی شبکه سلولار نسل چهارم است که جهت ارائه نرخ دیتا بالاتر، ظرفیت بالاتر و تاخیر کمتر در مقایسه با سیستم‌های سلولار نسل‌های پیشین طراحی شده است. یکی از هدف‌های شبکه رادیویی LTE ایجاد هندآف سریع و بی‌وقفه از یک سلول به سلول دیگر است در حالی‌که هم‌زمان مدیریت شبکه به آسانی انجام گیرد. هند آف یکی از کلیدی ترین روش های تضمین برقراری مکالمه است، هنگامی که کاربر به آزادی درون شبکه جا به جا می شود و سرویس آن کیفیت مناسبی دارد از آن جا که نرخ موفقیت آن یکی از کلیدی ترین شاخص های رضایت مشترکین می باشد، ضروری است که پروسه هند آف تا آن جا که امکان دارد سریع و بی‌وقفه انجام شود.

هندآف درون شبکه از اهمیت بالایی برخوردار است و تأثیر به‌سزایی بر روی عملکرد شبکه دارد. این امر هنگام وجود تداخل خارجی و یا به عبارت دیگر هنگام وجود دیگر سیستم‌های موبایل در یک منطقه جغرافیایی و یا هنگامی که ایستگاه پایه سیستم LTE در کنار دیگر سیستم‌های موبایل قرار گرفته باشد، بسیار مهم‌تر است. در این پایان نامه برای تضمین هندآف درون شبکه LTE و بهبود عملکرد کلی شبکه و کاهش تأثیرات منفی مانند شکست هندآف به بررسی عملکرد سیستم در مجاورت یک شبکه LTE دیگر، که مطالعات همزیستی[2] نامیده می‌شود، تحت سناریوهای متفاوت می‌پردازیم و در نهایت راهکارهایی جهت تضمین هندآف درون شبکه LTE و کاهش تأثیر تداخل خارجی ارائه می‌گردد.

کلمات کلیدی: هندآف (دست‌به‌دست شدن)، شکست هندآف، عملکرد هندآف،LTE، تداخل خارجی

فهرست مطالب

عنوان                                                                                   صفحه            

فصل اول: مقدمه

1-1- مقدمه ………………………………………………………………………………………………………………………….2

1-2- اهداف پایان نامه ………………………………………………………………………………………………………….3

1-3- ساختار پایان نامه ………………………………………………………………………………………………………..3

فصل دوم: بررسی شبکه LTE

2-1- مقدمه…………………………………………………………………………………………………………………………………5

2-2- مروری بر LTE و اهداف مورد نظر در طراحی آن………………………………………………………….7

2-3- تکنولوژی مورد استفاده LTE……………………………………………………………………………………………8

2-3-1- تکنولوژی چند حامل…………………………………………………………………………………………….10

2-3-1-1-  امکان استفاده از پهنای باند بزرگتر در مقایسه با WCD……………………….11

2-3-1-2-  کاهش تداخل بین سمبلی………………………………………………………………………. 11

2-3-2- تکنولوژی چند آنتنی……………………………………………………………………………………………14

2-4- ساختار فریم در LTE……………………………………………………………………………………………………..15

2-4-1- بلوک منابع (RB)………………………………………………………………………………………………….15

2-5- معماری سیستم LTE……………………………………………………………………………………………………..17

2-5-1- شبکه هسته: هسته بسته ای تکامل یافته…………………………………………………………….18

2-5-1-1- نهاد مدیریت جا‌به‌جایی (MME) ………………………………………………………………19

2-5-1-2- گذرگاه سرویس دهنده (SGW) ……………………………………………………………… 19

2-5-1-3- گذرگاه PDN (PGW) ………………………………………………………………………………20

2-5-1-4- PCRF ………………………………………………………………………………………………………..20

2-5-1-5- سرور اشتراک خانگی (HSS) …………………………………………………………………….20

2-5-1-6- مرکز سرویس دهنده موقعیت سیار تکامل یافته (E-SMLC) …………………21

2-5-1-7- گذرگاه مرکز موقعیت سیار (GMLC) ……………………………………………………..21

2-5-2- شبکه دسترسی……………………………………………………………………………………………………..21

2-5-2-1- eNodeB ……………………………………………………………………………………………………22

2-5-2-2- وظایف E‑UTRAN……………………………………………………………………………………23

2-5-3- تجهیزات کاربر(UE) …………………………………………………………………………………………….24

2-5-4- حوزه سرویس‌ها…………………………………………………………………………………………………….25

2-5-5- تعامل با دیگر شبکه‌های رادیویی………………………………………………………………………….25

2-6- معماری پروتکل LTE ……………………………………………………………………………………………………26

2-6-1- صفحات کاربر………………………………………………………………………………………………………..27

2-6-1-1 جا‌به جایی اطلاعات در حین هند‌آف……………………………………………………………27

2-6-1-2- پروتکل همگرایی بسته‌های دیتا (PDCP)…………………. …………………………….28

2-6-1-3- پروتکل کنترل لینک رادیویی (RLC) ………………………………………………………29

2-6-1-4- پروتکل کنترل دسترسی میانی (MAC) …………………………………………………..30

2-6-2 صفحه کنترل…………………………………………………………………………………………………………..31

2-6-2-1- لایه NAS …………………………………………………………………………………………………..32

2-6-2-2 پروتکل کنترل منابع رادیویی (RRC) …………………………………………………………32

2-6-2-3 حالت‌های لایه کنترل منابع رادیویی…………………………………………………………….34

2-7- اینترفیس‌های شبکه E – UTRAN……………………………………………………………………………….35

2-7-1- اینترفیس ………………………………………………………………………………………………………..35

2-7-1-1- اینترفیس در صفحه کاربر و صفحه کنترل……………………………………………35

2-7-2- اینترفیس  در صفحه کاربر و صفحه کنترل………………………………………………..36

فصل سوم: بررسی هندآف و عملکرد آن در شبکه LTE

3-1- مقدمه………………………………………………………………………………………………………………………………39

3-2- مشخصات هندآف……………………………………………………………………………………………………………41

3-2-1- هندآف بی‌وقفه ……………………………………………………………………………………………………..41

3-2-2- هندآف بدون شکست …………………………………………………………………………………………..41

3-2-3- تأخیر هندآف ……………………………………………………………………………………………………….44

3-3- ارسال اطلاعات ……………………………………………………………………………………………………………….45

3-4- نمونه‌های هندآف …………………………………………………………………………………………………………..45

3-4-1- سلول‌های هم‌فرکانس (Intra-frequency) …………………………………………………………46

3-4-2- سلول‌های فرکانس متفاوت (Inter-frequency) ………………………………………………..47

3-4-3- هندآف بین تکنولوژی‌های دسترسی متفاوت ……………………………………………………..48

3-4-5- انواع هندآف در شبکه LTE ………………………………………………………………………………..52

3-5 تکنیک‌های هندآف . ………………………………………………………………………………………………………..52

3-5-1- هندآف سخت ……………………………………………………………………………………………………….52

3-5-2- هندآف نرم ……………………………………………………………………………………………………………53

3-6- مراحل هندآف ………………………………………………………………………………………………………………..54

3-7- بهینه سازی و طراحی هدف‌ها ……………………………………………………………………………………….59

3-8- اندازه گیری‌های هندآف …………. ……………………………………………………………………………………61

3-9- پارامترهای هندآف …………………………………………………………………………………………………………63

3-10- الگوریتم‌های هندآف……………………………………………………………………………………………………..64

3-10-1- الگوریتم سخت هندآف LTE…………………………………………………………………………… 64

3-10-2- الگوریتم هندآف سخت با محدودیت RSRP متوسط ………………………………………66

3-10-3- الگوریتم انتگرال‌گیر هندآف ………………………………………………………………………………67

3-10-4- الگوریتم توان سیگنال دریافتی بر اساس پنجرهTTT ………………………………………68

3-11- مروری بر کارهای گذشته……………………………………………………………………………………………..69

3-12- توصیف شبیه‌ساز ………………………………………………………………………………………………………….70

3-12-1- اساس روش Monte-carlo ……………………………………………………………………………71

3-12-1-1- سناریو پایه ………………………………………………………………………………………………71

3-12-2- معماری Seamcat …………………………………………………………………………………….72

3-12-3- سازگاری Seamcat با طیف مسائل مهندسی …………………………………………..73

فصل چهارم: نتایج شبیه‌سازی

4-1- مقدمه ……………………………………………………………………………………………………………………………..75

4-2- روش و فرضیات شبیه سازی …………………………………………………………………………………………76

4-1-1- محاسبه SINR در لینک پایین رونده ……………………………………………………………….77

4-1-2- مدل عملکرد لینک ………………………………………………………………………………………………79

4-1-3- مدل انتشار امواج ………………………………………………………………………………………………….80

4-3- شبیه سازی سیستم ……………………………………………………………………………………………………….81

4-4- نتایج شبیه‌سازی و تخمین عملکرد ……………………………………………………………………………….83

 

فصل پنجم: نتیجه‌گیری و پیشنهادات

5-1- بررسی نتایج تحقیق …………………………………………………………………………………………………….101

5-2- پیشنهادات …………………………………………………………………………………………………………………..102

مراجع ………………………………………………………………………………………………………………………………….104

چکیده و صفحه عنوان به انگلیسی

 

فهرست جدول­ها

عنوان                                                                                   صفحه                          

جدول 2-1- سیر تکامل از 3G به 4G ………………………………………………………………………………………7

جدول 2-2- پهنای باند لینک پایین رونده با توجه به تعداد بلوک منبع…………………………………16

جدول 4-1- پارامترهای شبیه‌سازی…………………………………………………………………………………………81

فهرست شکل­ها

عنوان                                                                                   صفحه                

شکل 2-1- پهنای باند‌های LTE                                                                                    9

شکل 2-2- تکنولوژی دسترسی چندگانه در LTE                                                         10

شکل 2-3- زیر حامل‌های متعامد                                                                12

شکل 2-4- حوزه فرکانس و حوزه زمان یک سیگنال OFDM                                13

شکل 2-5- ساختار فریم نوع اول در LTE                                                                   15

شکل 2-6- ساختار فریم نوع دوم درLTE                                                                    15

شکل 2-7- بلوک منبع در LTE                                                                                  17

شکل 2-8- تکامل معماری سیستم و شبکه LTE                                              18

شکل2-9- شبکه هسته بسته ای LTE                                                                        18

شکل 2-10- معماری E – UTRAN                                                                           21

شکل 2-11- معماری تعامل با شبکه‌های UMTS                                                         26

شکل 2-12- معماری پروتکل LTE                                                              26

شکل 2-13- پشته پروتکل صفحه کنترل کاربر                                                 27

شکل 2-14- پشته پروتکل صفحه کنترل                                                       32

شکل 2-15- حالت های لایه کنترل منابع رادیویی                                            34

شکل 2-16- (الف) اینترفیس در صفحه کاربر، (ب) اینترفیس در صفحه کنترل     36

شکل 2-17-  (الف) اینترفیس در صفحه کاربر، (ب) اینترفیس در صفحه            37

شکل3-1-  معماری صفحه کاربر پروتکل PDCP                                               43

شکل 3-2- هندآف بدون شکست در لینک پایین رونده                                       44

شکل 3-3- زمان‌بندی هندآف درون شبکه LTE                                               45

شکل 3-4- اندازه‌گیری سناریوهای Inter and Intra-frequency                                    48

شکل 3-5- هندآف بین E‑UTRAN و UTRAN در لایه فیزیکی                           49

شکل 3-6- معماری رومینگ برای دسترسی درون 3GPP                                    50

شکل 3-7- تعامل شبکه هسته LTE با دیگر شبکه‌ها                                         51

شکل 3-8- هندآف نرم با NodeB های متفاوت                                               53

شکل 3-9- هندآف نرم‌تر با NodeB یکسان                                                    54

شکل 3-10- هندآف بر اساس اینترفیس X2                                                  56

شکل 3-11- الگوریتم هندآف سخت LTE                                                     66

شکل 3-12- الگوریتم توان سیگنال دریافتی بر اساس پنجرهTTT                            68

شکل 3-13- نمونه‌ای از سناریو هدف و ایجاد کننده تداخل در آزمایش های Monte-carlo 72

شکل 3-14- معماری Seamcat                                                                                  72

شکل 4-1- آرایش شبکه                                                                         77

شکل 4-2- مکانیزم تداخل در سیستم OFDMA                                                         78

شکل 4-3خروجی کانال بر SNR                                                                              80

شکل 4-4- آرایش شبکه مدل حالت 2 ایستگاه و 3 کاربر                                     83

شکل4-5- SINR دریافتی کاربران هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو اول                84

شکل 4-6- توان عملیاتی دریافتی هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو اول                85

شکل 4-7- نرخ شکست هندآف براساس فاصله بین ایستگاه پایه و

 ایستگاه تداخل در سناریو اول                                                       86

شکل 4-8- نرخ شکست هندآف با در نظر گرفتن الگوی انتشار در سناریو اول              87

شکل 4-9- SINR دریافتی کاربران هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو دوم              88

شکل 4-10- توان عملیاتی دریافتی هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو دوم              89

شکل 4-11- نرخ شکست هندآف براساس فاصله بین ایستگاه پایه و

 ایستگاه تداخل در سناریو دوم                                                    90

شکل 4-12- نرخ شکست هندآف با در نظر گرفتن الگوی انتشار در سناریو دوم            91

شکل 4-13- آرایش شبکه مدل حالت 4 ایستگاه و 9 کاربر                                   91

شکل 4-14- SINR دریافتی کاربران هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو سوم            92

شکل 4-15- توان عملیاتی دریافتی هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو سوم             93

شکل 4-16- نرخ شکست هندآف براساس فاصله بین ایستگاه پایه

و ایستگاه تداخل در سناریو سوم                                                  94

شکل 4-17- نرخ شکست هندآف با در نظر گرفتن الگوی انتشار در سناریو سوم           95

شکل 4-18- SINR دریافتی کاربران هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو چهارم          96

شکل 4-19- توان عملیاتی دریافتی هنگام دست‌به‌دست شدن در سناریو چهارم           97

شکل 4-20- نرخ شکست هندآف براساس فاصله بین ایستگاه پایه و

ایستگاه تداخل در سناریو چهارم                                                  98

شکل 4-21- نرخ شکست هندآف با در نظر گرفتن الگوی انتشار در سناریو چهارم         99

فهرست کلمات اختصاری

1G: First Generation

2G: Second Generation

3G: Third Generation

3GPP: Third Generation Partnership Project

ACIR: Adjacent Channel Interference Ratio

ACS: Adjacent Channel Selectivity

AM: Acknowledged Mode

ARQ: Automatic Repeat Request

AS: Access Stratum

AWGN: Additive White Gaussian Noise

BBC: Break-Before-Connect

BS: Base Station

BSC: Base Station Controller

CBB: Connect-Before-Break

CDF: Cumulative Density Function

CDMA: Code Division Multiple Access

CIR: Carrier-to-Interference Ratio

CN: Core Network

CP: Cyclic prefix

C-RNTI: Cell Radio Network Temporary Identifier

CRS: cell reselection

CS: cell selection

DRB: Data Radio Bearers

dRSS: Desired Received Signal Strength

EDGE: Enhanced Data Rates for GSM Evolution

EIT: External interference

eNB/eNodeB: evolved NodeB

EPC: Evolved Packet Core

EPS: Evolved Packet System

ESML-C: Evolved Serving Mobile Location Centre

E‑UTRAN: Evolved Universal Terrestrial Radio Access Network

FDD: Frequency Division Duplex

FDMA: Frequency Division Multiple Access

FFT: Fast Fourier Transform

GERAN: GSM EDGE Radio Access Network

GGSN: Gateway GPRS Support Node

GMLC: Gateway Mobile Location Centre

GPRS: General Packet Radio Services

GSM: Global System for Mobile Communication

GTP: GPRS Tunneling Protocol

HARQ: Hybrid Automatic Repeat Request

HOM: Handover margin

HSPA: High-Speed Packet Access

HSS: Home Subscription Server

ICI: Inter Cell Interference

IFT: Inverse Fourier Transform

IMS: IP Multimedia Sub-system

IP: Internet Protocol

iRSS: Interfering Received Signal Strength

ISI: Inter Symbol Interference

It: Interfering transmitter

LHHAARC: LTE Hard Handover Algorithm with Average RSRP Constraint

LS: Location Services

LTE: Long Term Evolution

MAC: Medium Access Control

MIMO: Multiple-Input Multiple-Output

MISO: Multiple Input Single Output

MME: Mobility Management Entity

MU-MIMO: Multi User MIMO

NAS: Non access Stratum

OFDMA: Orthogonal Frequency Division Multiple Access

PAPR: Peak-to-Average Power Ratio

PCRF: Policy and Charging Rules Function

PDCP: Packet Data Convergence Protocol

PDF: probability density functions

PDN: Packet Data Network

PDU: Protocol Data Unit

PRB: physical Resource Block

QOS: Quality of Service

RACH: Random Access Channel

RAN: Radio Access Network

RAT: Radio Access  Technology

RB: Resource Block

RE: Resource element

RLC: Radio Link Control

RLC‑AM: RLC Acknowledged Mode

RNC: Radio Network Controller

ROHC: Robust Header Compression

RRC: Radio Resource Control

RRM: Radio Resource Management

RSRP: Reference Signal Received Power

RSRQ:  Reference Signal Received Quality

S1-AP: S1 Application Protocol

SAE:  System Architecture Evolution

SAP: Service Access Point

SC‑FDE: Single-Carrier Frequency-Domain Equalization

SC-FDMA: Single Carrier-Frequency Division Multiple Access

SCTP: Stream Control Transmission Protocol

SDU: Service Data Unit

SEAMCAT: Spectrum Engineering Advanced Monte Carlo Analysis Tool

SGSN: Serving GPRS Support Node

SGW: Serving Gateway

SIMO: Single Input Multiple Output

SINR: Signal Interference plus Noise Ratio

SIP:  Session  Initiation Protocol

SN: Sequence Number

SNR: Signal Noise Ratio

SRB: Signaling Radio Bearers

TCP: Transmission Control Protocol

TDD: Time Division Duplex

TDMA: Time Division Multiple Access

TE: Terminal Equipment

TM: Transparent Mode

TTT: Time-to-Trigger

UDP: User Datagram Protocol

UE: User Equipment

UM: Unacknowledged Mode

UMTS: Universal Mobile Telecommunications System

USIM: Universal Subscriber Identity Module

UTRAN: Universal Terrestrial Radio Access Network

Vr: victim receiver

WCDMA: Wideband Code Division Multiple Access

WIMAX: Worldwide Interoperability for Microwave Access

Wt: wanted transmitter

 

1 دیدگاه برای بررسی دست به دست شدن (هند آف) و بهبود عملکرد آن در سیستم های LTE

  1. Marcos

    Oh my goodness! Impressive article dude! Thank you so
    much, However I am having difficulties with your RSS.
    I don’t know why I cannot subscribe to it. Is there anybody else getting identical RSS problems?

    Anyone that knows the answer will you kindly respond?
    Thanx!!

    Look into my web page – https://linkalternatifonengbet.blogspot.com/

دیدگاه خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

قبلا حساب کاربری ایجاد کرده اید؟
گذرواژه خود را فراموش کرده اید؟
Loading...