Схемы распределения каналов

При управлении радиоресурсами для беспроводных и сотовых сетей схемы распределения каналов распределяют полосу пропускания и каналы связи между базовыми станциями, точками доступа и терминальным оборудованием. Цель состоит в том, чтобы достичь максимальной спектральной эффективности системы в бит/с/Гц/участок посредством повторного использования частоты , но при этом обеспечить определенный уровень обслуживания , избегая помех внутри канала и помех соседних каналов между соседними сотами или сетями, которые совместно используют полосу пропускания. .

Схемы распределения каналов следуют одному из двух типов стратегии: ^[1]

Фиксированное : FCA, фиксированное распределение каналов: назначается оператором сети вручную.
Динамический :
1. DCA, динамическое распределение каналов
2. DFS, динамический выбор частоты
3. Распространение спектра

Статическое распределение каналов

При выделении фиксированного канала или назначении фиксированного канала ( FCA ) каждой соте предоставляется заранее определенный набор частотных каналов. FCA требует ручного планирования частот, что является трудной задачей в системах множественного доступа с временным разделением каналов (TDMA) и множественного доступа с частотным разделением каналов (FDMA), поскольку такие системы очень чувствительны к внутриканальным помехам от соседних сот, которые повторно используют одни и те же ячейки. канал. Еще одним недостатком систем TDMA и FDMA с FCA является то, что количество каналов в соте остается постоянным независимо от количества клиентов в этой соте. Это приводит к перегрузкам трафика и потере некоторых вызовов, когда трафик в некоторых ячейках становится интенсивным, а в других ячейках отсутствует пропускная способность.

Если FCA сочетается с традиционным FDMA и, возможно, с TDMA, по соте может передаваться фиксированное количество голосовых каналов. Новый вызов можно подключить только по неиспользуемому каналу. Если все каналы заняты, то новый вызов в этой системе блокируется. Однако существует несколько схем динамического управления радиоресурсами , которые можно комбинировать с FCA. Простая форма — это порог хэндовера, адаптирующийся к трафику, подразумевающий, что вызовы с сотовых телефонов, расположенных в зоне перекрытия между двумя соседними сотами, могут быть принудительно переключены на ячейку с наименьшей нагрузкой на данный момент. Если FCA сочетается с расширенным спектром, максимальное количество каналов теоретически не фиксировано, но на практике применяется максимальный предел, поскольку слишком большое количество вызовов приведет к слишком высокому уровню внутриканальных помех, что приведет к проблемам с качеством. Расширение спектра позволяет «дыхание» ячейки применять , позволяя перегруженной соте заимствовать емкость (максимальное количество одновременных вызовов в соте) у соседней соты, которая использует ту же частоту.

FCA можно расширить до системы DCA, используя стратегию заимствования , при которой сота может заимствовать каналы у соседней соты, контролируемой центром коммутации мобильной связи (MSC).

Динамический выбор частоты

Динамический выбор частоты ( DFS ) — это механизм, предназначенный для беспроводных сетей с нецентрализованно управляемыми точками доступа, такими как беспроводная локальная сеть (обычно Wi-Fi). Он предназначен для предотвращения помех другим видам использования полосы частот, таким как военный радар , спутниковая связь и метеорологический радар . ^[2] Точки доступа будут автоматически выбирать частотные каналы с низким уровнем помех. Что касается стандарта беспроводной локальной сети, DFS был стандартизирован в 2003 году как часть IEEE 802.11h . Фактический диапазон частот для DFS зависит от юрисдикции. Это часто применяется для полос частот, используемых терминальным доплеровским метеорологическим радаром. ^[3]^[4] и спутниковая связь C-диапазона . Неправильная конфигурация DFS привела к значительным сбоям в работе метеорадиолокаторов во время раннего развертывания Wi-Fi 5 ГГц в ряде стран мира. ^[4]^[5] Например, DFS также требуется в диапазоне U-NII 5470–5725 МГц для предотвращения радаров в Соединенных Штатах. ^[6]

Динамическое распределение каналов

Более эффективным способом распределения каналов было бы динамическое распределение каналов или динамическое назначение каналов (DCA), при котором голосовые каналы не выделяются для соты постоянно, а вместо этого для каждого запроса вызова канал запроса базовой станции от MSC. Канал выделяется по алгоритму, учитывающему следующие критерии:

Вероятность будущей блокировки в соседних ячейках и расстояние повторного использования
Частота использования канала-кандидата
Средняя вероятность блокировки всей системы
Мгновенное распределение занятости каналов

Для этого требуется, чтобы MSC собирал в реальном времени данные о занятости канала, распределении трафика и индикаторах мощности принимаемого сигнала (RSSI). Схемы DCA предлагаются для сотовых систем на основе TDMA / FDMA , таких как GSM , но в настоящее время не используются ни в каких продуктах. ^{[ нужна ссылка ]} Системы OFDMA , такие как нисходящая линия связи сотовых систем 4G , можно рассматривать как выполняющие DCA для каждой отдельной поднесущей, а также для каждого временного интервала.

DCA можно разделить на централизованные и распределенные . Некоторые из централизованных схем DCA:

Первый доступный (FA): вызову назначается первый доступный канал, удовлетворяющий требованию расстояния повторного использования.
Локально оптимизированное динамическое назначение (LODA): функция стоимости основана на будущей вероятности блокировки в соседних ячейках.
Выбор с максимальным использованием кольца повторного использования (RING): выбирается канал-кандидат, который используется в большинстве сот в наборе совмещенных каналов.

DCA и DFS избавляют от утомительной работы по планированию частот вручную. DCA также обрабатывает пакетный трафик ячеек и более эффективно использует ресурсы сотовой радиосвязи. DCA позволяет изменять количество каналов в соте в зависимости от нагрузки трафика, тем самым увеличивая пропускную способность канала с небольшими затратами.

Распространение спектра

Расширение спектра можно рассматривать как альтернативу сложным алгоритмам DCA. Расширение спектра позволяет избежать внутриканальных помех между соседними сотами, поскольку вероятность того, что пользователи в соседних сотах используют один и тот же код расширения, незначительна. Таким образом, проблема распределения частотных каналов смягчается в сотовых сетях, основанных на сочетании расширенного спектра и FDMA, например, в системах IS95 и 3G . Расширение спектра также способствует тому, что базовые станции с централизованным управлением динамически заимствуют ресурсы друг у друга в зависимости от нагрузки трафика, просто увеличивая максимально допустимое количество одновременных пользователей в одной соте (максимально допустимый уровень помех от пользователей в соте) и уменьшая это в соседней ячейке. Пользователи, находящиеся в зоне покрытия базовой станции, могут перемещаться между ячейками (так называемое «дыхание ячеек») или трафик может регулироваться посредством контроля доступа и формирования трафика.

Однако расширенный спектр дает меньшую спектральную эффективность , чем методы без расширения спектра, если распределение каналов в последнем случае оптимизировано с помощью хорошей схемы DCA. В частности, модуляция OFDM является интересной альтернативой расширению спектра из-за ее способности бороться с многолучевым распространением для широкополосных каналов без сложной коррекции. OFDM может быть расширен с помощью OFDMA для множественного доступа восходящей линии связи между пользователями в одной соте. Во избежание межсотовых помех снова представляет интерес FDMA с DCA или DFS. Одним из примеров этой концепции является вышеупомянутый стандарт IEEE 802.11h . OFDM и OFDMA с DCA часто изучаются как альтернатива беспроводным системам 4G .

DCA попакетно

В пакетных службах передачи данных связь является прерывистой, а нагрузка на трафик быстро меняется. Для обеспечения высокой эффективности использования спектра системы DCA следует выполнять попакетно. Примерами алгоритмов попакетного DCA являются динамическое назначение пакетов (DPA), динамические одночастотные сети (DSFN) и планирование пакетов и планов ресурсов (PARPS).

См. также

Ссылки

^ Гуован Мяо , Йенс Зандер, Ки Вон Сон и Бен Слиман, «Основы сетей мобильной передачи данных», Cambridge University Press, ISBN 1107143217 , 2016.
^ Тау, Рон (16 ноября 2016 г.). «Радарное обнаружение и DFS на MikroTik» (PDF) . Радар-детект и DFS на MikroTik . МикроТик . Проверено 4 декабря 2019 г. - через YouTube. Решение ERC/DEC/(99)23 добавляет частоты 5250–5350 МГц и 5470–5725 МГц с большей мощностью передачи, но с добавленной оговоркой, что DFS требуется для защиты устаревших пользователей (военные радиолокационные и спутниковые каналы связи).
^ Испания, Крис (10 июля 2014 г.). «Возвращение погодных радиоканалов увеличивает пропускную способность спектра Wi-Fi 5 ГГц — блоги Cisco» . Блоги Cisco . Циско . Проверено 4 декабря 2019 г. Постановление FCC вновь открывает диапазон терминального доплеровского метеорологического радара (TDWR) (каналы 120, 124, 128) с новыми требованиями к испытаниям для защиты DFS.
^ Перейти обратно: ^а ^б Салтикофф, Елена (2016). «Угроза метеорологическим радарам, создаваемая беспроводными технологиями» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 97 (7): 1159–1167. дои : 10.1175/BAMS-D-15-00048.1 . ISSN 0003-0007 . С 2006 года большинство членов OPERA все чаще испытывают помехи радарам C-диапазона от RLAN. ... Метеослужбы Южной Африки сначала пытались внедрить специальную программную фильтрацию, чтобы улучшить ситуацию, но затем в 2011 году решили перевести свою метеорологическую радиолокационную сеть в S-диапазон.
^ Тристан, Филипп (16–18 сентября 2009 г.). «Помехи RLAN 5 ГГц метеорологическим радарам в Европе» (PDF) . Международный союз электросвязи . Проверено 4 декабря 2019 г. Подобные случаи вмешательства наблюдались более чем в 12 европейских странах (в настоящее время в ряде стран мира зарегистрированы и другие случаи). Определенно вредные помехи (в Венгрии радар был признан нерабочим более 1 месяца)
^ «Соглашение о 5 ГГц» . Ntia.doc.gov. 31 января 2003 г. Проверено 29 августа 2012 г.

Внешние ссылки

Схемы назначения каналов, справочный веб-сайт JPL по беспроводной связи

[Zander-1] Гуован Мяо , Йенс Зандер, Ки Вон Сон и Бен Слиман, «Основы сетей мобильной передачи данных», Cambridge University Press, ISBN 1107143217 , 2016.

[2] Тау, Рон (16 ноября 2016 г.). «Радарное обнаружение и DFS на MikroTik» (PDF) . Радар-детект и DFS на MikroTik . МикроТик . Проверено 4 декабря 2019 г. - через YouTube. Решение ERC/DEC/(99)23 добавляет частоты 5250–5350 МГц и 5470–5725 МГц с большей мощностью передачи, но с добавленной оговоркой, что DFS требуется для защиты устаревших пользователей (военные радиолокационные и спутниковые каналы связи).

[3] Испания, Крис (10 июля 2014 г.). «Возвращение погодных радиоканалов увеличивает пропускную способность спектра Wi-Fi 5 ГГц — блоги Cisco» . Блоги Cisco . Циско . Проверено 4 декабря 2019 г. Постановление FCC вновь открывает диапазон терминального доплеровского метеорологического радара (TDWR) (каналы 120, 124, 128) с новыми требованиями к испытаниям для защиты DFS.

[saltikoff-4] Перейти обратно: ^а ^б Салтикофф, Елена (2016). «Угроза метеорологическим радарам, создаваемая беспроводными технологиями» . Бюллетень Американского метеорологического общества . 97 (7): 1159–1167. дои : 10.1175/BAMS-D-15-00048.1 . ISSN 0003-0007 . С 2006 года большинство членов OPERA все чаще испытывают помехи радарам C-диапазона от RLAN. ... Метеослужбы Южной Африки сначала пытались внедрить специальную программную фильтрацию, чтобы улучшить ситуацию, но затем в 2011 году решили перевести свою метеорологическую радиолокационную сеть в S-диапазон.

[5] Тристан, Филипп (16–18 сентября 2009 г.). «Помехи RLAN 5 ГГц метеорологическим радарам в Европе» (PDF) . Международный союз электросвязи . Проверено 4 декабря 2019 г. Подобные случаи вмешательства наблюдались более чем в 12 европейских странах (в настоящее время в ряде стран мира зарегистрированы и другие случаи). Определенно вредные помехи (в Венгрии радар был признан нерабочим более 1 месяца)

[5ghzagreement-6] «Соглашение о 5 ГГц» . Ntia.doc.gov. 31 января 2003 г. Проверено 29 августа 2012 г.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]